إمكانية تطبيق الجرافين في الأجهزة الالكترونية الدقيقة

الجرافين سرعان ما أصبحت بقعة ساخنة في علم المواد لأنه يمكن استخدامها للقيام بأشياء لا تصدق منذ أول تجريد الميكانيكية في عام 2004 . المادة التالية سوف تركز على كيفية تغيير جذري في هندسة أشباه الموصلات في السنوات القادمة .

الجرافين monolayers تتكون من رواسب الكربون مع ذرة واحدة سميكة . لأن السندات النووية ربط هذه الذرات معا ، الهياكل المنتجة لها قوة غير عادية . متانة هذه المواد يعني أنها يمكن أن تعمل في بيئات التشغيل الأكثر تحديا ( التعامل مع ارتفاع في درجة الحرارة وارتفاع انهيار الجهد ) . وبالإضافة إلى ذلك ، الجرافين يوفر أيضا مستويات أعلى من حركة الإلكترون ( أكثر من 130 مرة أعلى من السيليكون ) ، مما يترجم إلى الموصلية الكهربائية جذابة للغاية .

قيمة الجرافين في مختلف مجالات الهندسة الالكترونية

هناك العديد من المجالات الرئيسية في الالكترونيات الدقيقة التي يمكن أن تستفيد من استخدام الجرافين . وتشمل هذه :

• نظام الطاقة - تكملة الفجوة واسعة النطاق تكنولوجيا أشباه الموصلات ، مثل كربيد السيليكون نيتريد الغاليوم ، الجرافين سوف تكون قادرة على كسر بعض من عنق الزجاجة في هذا المجال ، وبالتالي تسريع سرعة التبديل وزيادة الكفاءة بشكل ملحوظ .

• ارتفاع الشفافية البصرية الضوئية الجرافين يعني أنه يمكن استخدامها في عرض ( بديلا عن أكسيد القصدير الإنديوم الأفلام المستخدمة حاليا ) .

• معالجة البيانات - إضافة الجرافين إلى كثافة عالية المعالج يمكن أن تحسن كثيرا من الإنتاجية . هذا من شأنه أن يساعد على كسر " قانون مور " التي طالما حددت صناعة أشباه الموصلات ، والتغلب على مشكلة تسرب الطاقة الكهربائية الناجمة عن نقل إلى أصغر عملية العقد .

• الإنترنت من الأمور ( IOT ) وغيرها من معدات الإنترنت من الأمور أيضا إمكانات هائلة في السوق .

أجهزة الاستشعار توفر بعض الفرص المربحة جدا الجرافين . البحوث والأسواق ، المحلل ، يقدر أنه بحلول عام 2024 ، فإن القيمة السنوية العالمية الجرافين الاستشعار الأعمال حوالي 980 مليون دولار . وأهم اﻻستخدامات التي أوجزها التقرير اﻷخير هي أجهزة اﻻستشعار البيولوجي واﻷجهزة الكهروضوئي . الجرافين ، ولا سيما في أجهزة الاستشعار الالكترونية ، ويعتقد أن يكون الخصائص اللازمة للعمل في المستقبل القريب . ومع ذلك ، فإن نجاح هذه المواد في هذه المجالات يعتمد إلى حد كبير على ما إذا كانت هناك طريقة فعالة للإنتاج .

من خلال الحصول على تقشير الجرافين ورقة ، بعض الأجهزة الدقيقة يمكن أن تنتج في دفعات صغيرة . ومع ذلك ، في جوهرها ، صناعة الالكترونيات الدقيقة العالمية ليست كذلك . كل هذا بسبب وفورات الحجم ، والكثير من المعدات التي يتم تصنيعها بتكلفة أقل وحدة . إذا كان الجرافين هو بنجاح جنبا إلى جنب مع نوع جديد من الأجهزة الالكترونية الدقيقة ، عملية تجميع الجرافين يجب أن تكون متطابقة مع تلك المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات .

توليف عالية الغلة الجرافين

في الوقت الحاضر ، الطرق الرئيسية المستخدمة في تجميع مساحة كبيرة الجرافين هي ترسيب الأبخرة الكيميائية ( CVD ) البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية ( PECVD ) . وتجدر الإشارة إلى أن كلا العمليتين تواجهان مشاكل كبيرة تتعلق بهما .

عند استخدام الأمراض القلبية الوعائية / PECVD لإنتاج الجرافين ، والتوليف تتم على المحفزات المعدنية ( عادة النحاس أو النيكل احباط ) بدلا من أشباه الموصلات الركازة . الاصطناعية الجرافين يجب إزالتها من احباط المعدنية ونقلها إلى أشباه الموصلات الركازة . ولذلك ، من الصعب ضمان نقاء وسلامة الجرافين التي تنتجها هذه الأساليب . وجود الملوثات يشكل تهديدا حقيقيا . قد يكون هذا نقل المواد الكيميائية المستخدمة في عملية أو محفز متآكلة بعد ترك احباط المعدنية . هذه الملوثات أو شذوذ هيكلي يمكن أن تؤثر سلبا على خصائص الجرافين الاصطناعية .

المعادن العضوية ترسيب الأبخرة الكيميائية ( MOCVD ) وضعت من قبل paragraf يعني أن الأمراض القلبية الوعائية و PECVD لم يعد اتجاه التقدم في تركيب الجرافيت . هذه براءة اختراع عملية فريدة من نوعها لأنها يمكن أن تنتج على نطاق واسع الجرافين وغيرها من الأبعاد ( 2D ) المواد . على عكس الأمراض القلبية الوعائية / PECVD الترتيبات التي نوقشت الحاجة إلى نقل من المحفز الأصلي ، MOCVD يسمح الجرافين المواد مغلفة مباشرة على أشباه الموصلات الركازة . يمكن تجنب خطوات نقل غير مريح ، وبالتالي فإن التلوث لم يعد يعتبر مشكلة .

الجرافين يمكن وضعها مباشرة على كامل حجم رقاقة أشباه الموصلات بطريقة متسقة تماما قابلة للتكرار . وهذا يعني أن IDM و فابس سوف تكون قادرة على دمج عملية MOCVD في سير العمل التي أنشئت دون أي تدخل .

أجهزة الاستشعار المغناطيسي على أساس الجرافين

واحدة من الأسواق في وقت مبكر من الجرافين هو استشعار تأثير هول السوق . هذه أجهزة الاستشعار المستخدمة على نطاق واسع في صناعة السيارات ونظم توفير آلية الاتصال التي يمكن تحديد كثافة الفيض المغناطيسي من المجال المغناطيسي .

تأثير هول التقليدية جهاز ثلاثي الأبعاد ( 3D ) عنصر الاستشعار ، حيث ارتفاع العنصر يؤثر على النتائج التي تم الحصول عليها . المجال المغناطيسي عنصر غير عمودي على اتجاه عنصر الاستشعار قد تؤثر على الكشف عن كثافة المجال المغناطيسي ، وبالتالي إعطاء رقم خاطئ . هذه الظاهرة تسمى " تأثير هول مستو " .

التمييز بين إشارات حقيقية وكاذبة يعني الحاجة إلى إدراج عناصر إضافية ( وبالتالي زيادة قائمة المواد ) في إشارة تعديل الدوائر . خلاف ذلك ، قد يكون من الضروري إنشاء نموذج رياضي ، على الرغم من أن هذا لا ينطبق على الحالات التي تتطلب في الوقت الحقيقي قياس البيانات ( مثل نظام سلامة المركبات ، وما إلى ذلك ) وغيرها من أوجه القصور في أجهزة الاستشعار التقليدية تأثير هول تشمل تأثير درجة الحرارة على المدى الديناميكي والدقة .

لأن الجرافين هو نوع من المواد ثنائية الأبعاد ، فإنه لديه ميزة كبيرة في قياس المجال المغناطيسي بدقة ، لأن سمك عنصر الاستشعار لا تحتاج إلى النظر فيها . تأثير هول الاستشعار باستخدام الجرافين طبقة واحدة بدلا من التقليدية عنصر الاستشعار سوف تكون قادرة على دعم دقة أعلى ، لأن أي خطأ بسبب تأثير هول مستو يمكن القضاء عليها . المزايا الأخرى التي ينبغي النظر فيها تشمل ارتفاع الاستقرار الحراري الجرافين ، مما يعني أن أي جهاز يستخدم الجرافين مثل عنصر الاستشعار لن تتأثر الأخطاء الناجمة عن تقلبات درجة الحرارة . وهذا سيسمح بنشر هذه المعدات في تطبيقات درجات الحرارة القصوى .

المعلمة الكهربائية اختبار تأثير هول الاستشعار رقاقة

أجهزة الاستشعار على أساس تأثير هول الجرافين قد شهدت من قبل ، ولكن هذه أجهزة الاستشعار يمكن أن تنتج فقط في كميات صغيرة مع ارتفاع تكلفة الوحدة ، وبالتالي لا يمكن تحقيق وفورات الحجم اللازمة التي نوقشت أعلاه . بفضل عملية MOCVD ، يمكن أن تنتج سلسلة من أجهزة الاستشعار GHS paragraph الناتج المتوقع من العملاء الصناعية والسيارات . هذه الأجهزة لا تتأثر الطائرة تأثير هول لأنها تعتمد على الجرافين أحادية . ولذلك ، فإنها توفر دقة أعلى في تحديد شدة المجال المغناطيسي . أنها توفر مستويات القرار NT دون الحاجة إلى أجهزة تكييف إشارة إضافية . ولذلك ، فإن نظام الاستشعار هو أكثر خطية . وبالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع التقليدية قاعة تأثير أجهزة الاستشعار ، لديهم مجموعة ديناميكية أكبر ، وفي الوقت نفسه تحسين الاستقرار في درجة الحرارة ممتازة الخطي .

مثال على تأثير هول الاستشعار paragraf GHS

الجرافين ( وما يترتب على ذلك من العديد من المزايا التشغيلية ) يمكن أن تستخدم في نهاية المطاف في الأجهزة الإلكترونية الدقيقة المنتجة تجاريا من خلال الاستفادة من عملية التوليف التي تغير قواعد اللعبة . مصنعي المكونات الإلكترونية يمكن الآن الحصول على مساحات كبيرة من الجرافين من paragraf دون عائق من التلوث . على الرغم من أن هناك العديد من المحاولات في الماضي لجعل الجرافين ممكنا في بيئة الإلكترونيات الدقيقة ، وهذه هي المرة الأولى التي الجرافين يمكن أن تتحقق من خلال تلبية متطلبات الإنتاج الضخم في هذه الصناعة .