Graphen-Elektronik vor Serienreife

'Das gesamte Fertigungssystem ist einfacher, kostengünstiger und flexibler', sagt der Physik-Postdoc Zhengtang Luo. Denn die Herstellung erfolgt bei normalem Luftdruck auf handelsüblicher Kupferfolie. Das nährt die Hoffnung auf eine industrielle Massenfertigung des atomdünnen Kohlenstoffmaterials, dessen Entdecker 2010 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Das Kohlenstoffmaterial Graphen gilt aufgrund herausragender elektrischer Eigenschaften als großer Hoffnungsträger für die noch kompaktere Elektronik. Der Entdecker und nunmehrige Nobelpreisträger Andre Geim hat beispielsweise schon effiziente atomdicke Transistoren gefertigt. Die aktuelle Arbeit der US-Forscher widmet sich einem der wesentlichen Hindernisse für den breiten Einsatz des Materials: Der kostengünstigen Massenfertigung.

Ein gängiger Produktionsansatz ist die chemische Gasphasenabscheidung auf einem Kupfersubstrat, die bislang in einem Vakuum und mit speziell vorbereiteten Kupferfolien erfolgte. Die aktuelle Arbeit dagegen setzt auf eine handelsübliche Folie. 'Die könnte man praktisch im Baumarkt kaufen', meint Charlie Johnson, Physikprofessor an der University of Pennsylvania. Noch wichtiger ist den Forschern zufolge, dass die Fertigung bei normalem Luftdruck statt im Vakuum erfolgt. 'Das ermöglicht, Graphen mit geringeren Kosten und flexibler herszustellen', betont Luo.

Den Forschern ist es mit ihrem Ansatz gelungen, eine hochwertige Graphenschicht hervorzubringen, die auf über 95 Prozent der Fläche nur ein Atom dick ist. Das sticht andere aktuelle Arbeiten aus, bei denen laut Johnson nur rund 90 Prozent diese ideale Dünne erreichen. Das nährt in Kombination mit den Vereinfachungen die Hoffnung auf eine einfache industrielle Massenfertigung.

Da keine Vakuumkammer erforderlich ist, muss man sich auch nicht um etwaige Lecks sorgen. 'Wird bei Atmosphärendruck gearbeitet, wäre ein Elektropolieren des Kupfers denkbar, gefolgt vom Auftragen des Graphens und einem Weiterbefördern zu anderen Fabriksprozessen mittels Förderband', sagt Johnson.

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