Molekularer Weg zu funktionellen Graphen-Nanostrukturen für elektronische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andrey Turchanin; Dr. Thomas Weimann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173696206

Wir entwickeln einen molekularen Weg zu funktionellen Graphen-Schichten und Graphen-Nanostrukturen für elektronische Anwendungen. Dieser Weg basiert auf der Umwandlung von polyzyklischen aromatischen selbst-assemblierten Monolagen (SAMs) durch Elektronen- (Photonen-) induzierte Quervernetzung und einer anschließenden Pyrolyse. Durch die strahlungsinduzierte Quervernetzung der aromatischen SAMs bilden sich Kohlenstoffnanomembranen (CNMs) - ein neuartiges zweidimensionales (2D) monolagiges Kohlenstoffmaterial mit dielektrischen Eigenschaften. Durch Heizen im Vakuum oder bei atmosphärischem Druck können die CNMs in Graphen umgewandelt werden. Unsere Methode ermöglicht sowohl eine skalierbare Produktion von Graphen und CNMs mit einer hohen elektronischen Qualität, als auch eine direkte Herstellung von Graphen-/CNM-Nanostrukturen auf einer Vielzahl von technologisch relevanten Substraten. In der zweiten Förderperiode liegt der Schwerpunkt auf der Herstellung von großflächigen Graphen-Schichten und von Graphen-Nanostrukturen mit gut kontrollierbaren strukturellen und elektronischen Eigenschaften (Kristallinität, Homogenität, Anzahl der Lagen, chemische Dotierung, Funktionalisierung, Feldeffekt-Parameter und Elektron-/Loch-Mobilität). Wir bauen Hybride aus Graphen und CNMs und verwenden diese zur Fertigung von neuartigen Feld-Effekt-Transistoren, um so die elektronischen Eigenschaften der eingebetteten Graphen-Schichten zu verbessern (Feld-Effekt-Steuerung, Stabilität, Ladungsträgerbeweglichkeit). Um diese Ziele zu erreichen, verwenden wir eine Kombination von sich ergänzenden modernen Verfahren und Techniken für die Verarbeitung, Spektroskopie, Mikroskopie und Elektro-/Magnetotransportmessungen von 2D Kohlenstoffmaterialien. Wir erwarten, dass die Ergebnisse unseres Forschungsprojekts einen großen Beitrag für das Verständnis der Materialwissenschaft und der angewandten Physik von Graphen leisten werden. Darüber hinaus werden sie neben der Entwicklung von einzigartigen Graphen-basierten Technologien die Integration von Graphen in die CMOS-Technologie ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene