Elektrisk karakteristika av epitaxiell grafen i waferstorlek för industriell användning mot sensorer (avslutat)

Syfte och mål

Denna förstudie har utförts av Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings universitet (LiU) och Lindmark Innovation AB (Lindmark).

Aktörerna har samverkat för att överföra kunskap från akademisk forskning och forskningsinstitut till industri. Material på waferskala har tillverkats. Kontakter har utvecklats samt verifierats genom flertalet karakteriseringsmetoder. Mätapparatur för ytresistans har utvecklats och beröringsfri mätmetod undersökts.

Upplägg och genomförande

Graphensic har kunnat optimera produktionsprocessen och tagit sikte mot att själva utveckla tillämpningar genom projektsamarbetet. Linköpings universitet har undersökt bensenkänslighet som överträffar state-of-the-art. Acreo Swedish ICT har utvecklat processkunnande för grafen på kiselkarbid samt publicerat en artikel avseende grafenbaserad biosensor. Lindmark Innovation har utvecklat kunnande inom kontaktering mot grafen samt mätmetod.

Effekter och resultat

Förstudien har genererat betydande resultat och de aktiva samarbetena som etablerats mellan aktörerna, genom att ett fortsatt utvecklingsprojekt föreslås där målsättning är kommersiell grafenbaserad biosensor. Ny ansökan skrivs nu till SIO Grafens utlysning och möjligtvis även H2020. Kunskapsutbytet har lett till att materialet mognat tillräckligt för industriell tillverkning, då produktionsprocessen nu är verifierad genom flertalet karakteriseringsmetoder. Kompetens finns nu hos aktörerna att även processa och deponera goda kontakter.

Graphensic har tillsammans med LiU producerat grafenbaserade gassensorer med lovande resultat avseende känslighet mot flera gaser av intresse för luftkvalitetskontroll. Dessa resultat erhölls genom att dekorera grafenen med metall- och metalloxidnanopartiklar med användning av skalbara tunna filmavsättningstekniker. Parterna arbetar nu för en djupare undersökning av effekterna av nanopartikelavsättning på sensorns prestanda, och hur partikelmått, enhetlighet och täckning kan styras över större områden för produktion av waferskala. Graphensic har också förvärvat en patentansökan för en grafenbaserad sensoranordning.

Abstract in English

Results
The pre-study involving Graphensic AB (Graphensic), Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings University (LiU), and Lindmark Innovation AB (Lindmark) has generated significant results and the active collaborations now continue.
Together with LiU, Graphensic has produced graphene-based gas sensors with promising results regarding sensitivity towards several gases of interest for air quality control. These results were obtained through decorating the graphene with metal and metal-oxide nanoparticles using scalable thin-film deposition techniques. The partners are now working towards a deeper investigation of the effects of nanoparticle deposition on sensor performance, and how particle dimension, uniformity, and coverage can be controlled over larger areas for wafer-scale production. Graphensic has also acquired a patent application for a graphene-based sensor device.
In this pre-study, Acreo has characterized material on wafer-scale through various methods to ensure accuracy. The results clearly show that Graphensic’s process for manufacturing graphene has matured and the material is homogenous over larger surfaces than before. Furthermore, the partners have investigated different contact designs in order to develop mechanically stable contacts with strong adhesion to the surface. In the future the partners aim to produce devices for commercial use together.
Lindmark has developed a measuring device for calculation of sheet resistance, and compared Graphensic’s material with graphene produced through other methods. Lindmark also has compared different methods of contacting and measured noise generated by material and contact type. The preliminary results of Lindmark’s measurements show that graphene on silicon carbide has the lowest noise in this comparative study and is the most stable over time. Furthermore, Lindmark is now working on developing a contact-free method for fast and non-invasive characterization of the electrical properties of graphene on silicon carbide on wafer-scale.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2014

Projektpartners: Graphensic AB, Acreo Swedish ICT AB (Acreo), Linköpings University (LiU), Lindmark Innovation AB

Projektform: Förstudie

Bidrag: 795 000 kr

Projektets löptid: nov 2014-dec 2015

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: