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Kurzfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Graphen-Schichten auf der Oberfläche von beliebigen Substraten.

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Hintergrund

Graphen als 2D-Struktur mit einer Schichtdicke von ca. 0,3 nm hat eine Reihe außergewöhnlicher physikalischer Eigenschaften, wie z.B. eine hohe elektrische Leitfähigkeit, höchste Zugfestigkeit und eine breite Absorption. Mit Graphen-basierten Transistoren können Taktraten bis in den THz-Bereich erreicht werden und als elektrisch leitfähige, transparente Schicht kann Graphen eine preisgünstige Alternative zu konventionellen Werkstoffen wie z.B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) sein.

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Problemstellung

Ein breiter industrieller Einsatz von Graphen ist bislang nicht möglich, da es bisher nur sehr spezielle Verfahren zur Graphen-Herstellung gibt, die zudem an besondere Substrate gebunden sind (z.B. katalytisch wirkende Metalle). Der Umstand dieser eingeschränkten Zugänglichkeit von Graphen behindert die angewandte Forschung und Entwicklung in Bereichen, in denen ein großes Entwicklungspotential durch den Einsatz von Graphen gesehen wird.

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Lösung

Im vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Abscheidung einer Lage Kohlenstoff mittels gefilterter Vakuum-Hochstrombogenverdampfung (F-HCA) eines festen Graphit-Targets unter Inertgas-Atmosphäre (bevorzugt Argon oder Helium, <50 Pa) bei Temperaturen <1.500°C sowie einer gepulsten Energieeinkopplung. Dadurch wird ein Plasma gebildet, von dem einfach geladene Kohlenstoffionen durch einen Filter zur Separation größerer Partikel in einem Auftreffwinkel <80° auf die Oberfläche eines Substrats gerichtet werden. Auf dem geheizten Substrat organisiert sich der Kohlenstoff ohne Zuhilfenahme einer katalytischen Hilfsschicht zu einer geschlossenen Graphenschicht oder einer aus sp²-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildeten Schicht.

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Vorteile

• Großflächige Graphen-Abscheidung direkt auf dem Substrat

• Keine katalytischen Metallschichten nötig

• Keine Rückstände von Hilfschemikalien

• Keine weitere Nachbearbeitung nötig

 

 

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Anwendungsbereiche

Herstellung von Transistoren für die Chipindustrie oder als preisgünstige Alternative zu ITO und anderen transparenten, elektrisch leitfähigen Oxiden (TCO) für Mikroelektronik, Optoelektronik, Sensorik, Photonik und Photovoltaik

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Service

•  Verkauf

•  Lizenzierung

•  FuE-Kooperation