2D-materiaalit ja grafeeni

Grafeeni ja muut 2D-materiaalit voivat tarjota uusia erinomaisia mahdollisuuksia elektroniikassa, fotoniikassa ja mittaussovelluksissa. Grafeeni etunenässä tämä uusi yksikerroksisten materiaalien luokka etenee nopeasti tutkimusvaiheesta kohti teollisuussovelluksia.

Tarjoamme:

Grafeeniin liittyvät t&k-palvelut mittaussovellusten, fotoniikan ja elektroniikan aloilla, sis. sisäinen prosessointi korkealla saannolla myös 200 mm:n CMOS-kiekoilla

Kiekkotason CVD-grafeeni ja 2D-puolijohteet piikiekoilla ja taipuisilla alustoilla

2D-materiaalien yhdistäminen uusimpaan sovellustietoon ja ASIC-suunnitteluun mittaamisessa, reuna- ja kvanttilaskennassa, fotoniikassa ja radiotaajuuselektroniikassa

Miksi 2D-materiaalit ja grafeeni?

Vain yhden atomikerroksen paksuinen grafeeni on maailman ohuin materiaali, mutta se on myös vahva, kevyt ja joustava. Grafeenin poikkeukselliset ominaisuudet mahdollistavat monenlaisia sovelluksia seuraavan sukupolven teknologioissa. Terveydenhuolto, energia ja viestintä, ilmailu – grafeeni ja muut grafeenipohjaiset materiaalit avaavat täysin uusia mahdollisuuksia eri toimialoille.

Grafeenin kysynnän ennustetaan kasvavan tulevina vuosina, kun sovellusten kysyntä uusilla alueilla, kuten energian varastoinnissa sekä puolijohde- ja sensoriteollisuudessa, kasvaa edelleen. Globaalien grafeenimarkkinoiden ennustetaan kasvavan lähes 40 prosenttiyksiköllä vuosittain vuosina 2020–2027.

VTT innovaatiokumppanina 2D-materiaalien ja grafeenin tutkimuksessa

VTT:llä olemme työskennelleet 2D-materiaaleihin ja grafeeniin liittyvien tutkimusprojektien parissa jo yli kymmenen vuotta. Innovoimme ja kehitämme uusia grafeeniin liittyviä komponentteja ja prosesseja eri sovellusaloille. Teemme yhteistyötä johtavien grafeenintoimittajien ja CMOS-kiekkovalmistajien kanssa ja toimimme luokan 10–100 puhdastilassa, jossa on täydelliset mikro- ja nanorakenteiden valmistus- ja karakterisointitilat. 

VTT on osa EU:n rahoittamaa 2D-Experimental Pilot Line -hanketta (2D-EPL), joka perustettiin grafeeni- ja 2D-puolijohdeprosessien ja integroinnin saattamiseksi puolijohdeteollisuuden standardien mukaisiksi. VTT on myös osa  Grafeeni-lippulaivahanketta, joka on Euroopan unionin tutkimusaloite, jolla pyritään tuoda grafeeni-innovaatiot ulos laboratorioista kaupallisiin sovelluksiin.

  • Tutkimus ja kehitys – esimerkiksi räätälöity CMOS-suunnittelu ja jälkikäsittely sekä grafeenin ja 2D-puolijohteiden integrointi
  • Luottamukselliset tutkimustoimeksiannot
  • Materiaalien ja laitteiden karakterisointi
  • Räätälöity CMOS-suunnittelu ja jälkikäsittely
  • Grafeenin ja 2D-puolijohteiden integrointi
  • Moniprojektikiekkoerät (MPW)
  • Pienien ja keskisuuren tuotantomäärien valmistus 

VTT on mukana myös 2D-materiaalien standardointiyhteistyössä Grafeeni-lippulaivahankkeen standardointikomitean ja sähköalan kansainvälisen standardointijärjestön (IEC) kanssa teollisuudenalan kehittämiseksi.
 

Integroimme grafeenikomponentit osaksi laajempia systeemejä

VTT:llä tehdään myös pienihäviöiseen piifotoniikkaan, suprajohtavaan ja puolijohtavaan kvanttiteknologiaan sekä antureihin, MEMS-järjestelmiin ja mikromoduuleihin liittyvää tutkimusta. Grafeeniin ja muihin 2D-materiaaleihin perustuvat komponentit voidaan integroida kaikkiin näihin teknologioihin esimerkiksi modulaattoreiksi ja ilmaisimiksi integroidun fotoniikan televiestintä- ja mittaussovelluksiin.

Kehitämme ja suunnittelemme multipleksattuja grafeeni-antureita integroiduilla lukupiireillä ja täydellisiä neuromorfisia järjestelmiä, jotka perustuvat integroituun reunalaskentaan ja logiikkapiirimuistikomponentteihin. Olemme mukana koko kehityssyklissä aina innovaatiosta suunnitteluun, prosessien optimointiin, järjestelmän integrointiin ja pienisarjatuotantoon asti.

Micronova – maailmanluokan infrastruktuuri

VTT MEMSFAB sijaitsee Micronovan tiloissa. Sillä on tilat ja laitteet, joilla voidaan tukea monenlaisten materiaalien ja prosessien tutkimusta ja kehittämistä sekä valmistusta. Valmistuslaboratorion toiminnasta vastaava yli 30 työntekijän ryhmä takaa prosessin vakauden, osaamisen, jäljitettävyyden ja mahdollisimman lyhyen seisokkiajan.

Grafeenibiosensorit

Grafeenibiosensoreita voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa, kuten lääketieteellisessä diagnostiikassa, ympäristötutkimuksessa, elintarvikkeiden laadunvalvonnassa ja tutkimuksessa. Tyypillisimmät grafeenipohjaiset biosensorit perustuvat joko kenttävaikutukseen tai pintaplasma-aallonpituuksien mittaukseen. Kenttävaikutukseen perustuva biomittaus tarjoaa mielenkiintoisia mahdollisuuksia etiketittömillä tunnistusmahdollisuuksilla, joiden avulla on mahdollista valmistaa antureita selvästi edullisemmin perinteisempiin optisiin tunnistusmenetelmiin verrattuna. Verrattuna muihin kenttävaikutukseen pohjautuviin biomittausmateriaaleihin, kuten hiilinanoputkiin ja piinanolankoihin, grafeenilla on selkeitä etuja, jotka helpottavat valmistusta ja parantavat laitteiden tuottavuutta.

VTT:n vakiomuotoinen grafeeni-biosensoriprosessi on optimoitu transistorityyppisille antureille resistiivisellä ja kapasitiivisella luennalla monoliittisesti integroituna CMOS-piirille. Valmistusprosessissa kontaktit ovat grafeenin alla ja kontaktielektrodit on passivoitu, jolloin ainoastaan aktiivinen grafeenipinta ja platinaelektrodit ovat auki funktionalisointia varten. CMOS-järjestelmään integroitujen multipleksattujen anturien tyypilliset saannot 200 mm:n kiekoilla ovat yli 95 prosenttia, ja passivointi on testattu niin, että se selviää useimmista funktionalisointiprotokollista, vaikka altistumispäiviä olisi useita.

VTTn vakiomuotoista biosensorirakennetta ja -prosessia voidaan muokata ja kehittää vastaamaan erilaisten mukautettujen biosensorien vaatimuksia. Biosensori voidaan integroida moduliksi lisäämällä ASIC-piiri ja luentaelektroniikkaa.  VTT:llä tarjoamme myös palveluita, jotka liittyvät biofunktionalisointiin ja bioanalyysiin grafiittipinnoitetuilla SPR- ja QCM-siruilla. 

VTT:n painettu elektroniikka mahdollistaa täysin ennennäkemättömät tuotteet: joustavat, kevyet orgaaniset aurinkokennot, valaisevat pinnat, suoraan iholle integroitavat anturit ja kommunikoivat pakkausmerkinnät.

2D-materiaalit joustavia sovelluksia varten

Grafeenia ja 2D-puolijohteita voidaan hyödyntää myös joustavilla substraateilla, ja VTT on kehittänyt prosesseja, jotka mahdollistavat komponenttivalmistuksen joustavilla alustoilla, joiden lämpöbudjetti on alhainen. 2D-materiaalit tarjoavat ainutlaatuisen yhdistelmän grafeeniin perustuvia korkeataajuuslaitteita, ja 2D-puolijohdepohjaista logiikkaa kohtuullisen suurella liikkuvuudella esimerkiksi TFT-matriiseille.

VTT:n kehittämiä 2D-materiaaleihin liittyviä palveluita ovat muun muassa:

  • CVD-grafeenin mikro- ja nanoprosessointi erilaisille polymeerilevyille
  • irrotettavat ohutkalvot
  • kapselointiprosessit suuren liikkuvuuden säilyttämiseksi
  • ratkaisut lukuelektroniikan integraatioon

Ottamalla yhteyttä tällä sivulla mainittuihin asiantuntijoihimme saat yksityiskohtaisempia esimerkkejä 2D-materiaali- ja grafeeniprojekteistamme ja -sovelluksistamme. Lisäksi VTT:n painetun elektroniikan mahdollisuudet ja asiantuntemus elektrodien ja johtimien liuosprosessoidusta grafeenista polymeereillä, kankailla ja paperilla mahdollistavat uudenlaiset metallittomat skaalautuvasti ja vastuullisesti toteutetut laajat sovellukset. Lisätietoja näistä sovelluksista on painetun elektroniikan sivustollamme.

Jos haluat lisätietoja 2D-materiaalien tutkimuksesta tai sovelluksista, ota yhteyttä asiantuntijoihimme. Pääset alkuun yksikerroksisilla materiaaleilla, ja tuemme grafeeni-innovointiasi ja sen kaupallistamista.

Lataukset

Jaa
Piia Konstari

Piia Konstari

Solution Sales Lead
Toimialat