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Materialforschung

Fraunhofer-Wissenschaftler arbeiten am Einsatz von Graphen im Mobilfunk

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Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik

Industriereife Techniken zur Graphen-Abscheidung

Der CVD-Reaktor „Black Magic“ am Fraunhofer IAF erlaubt die Abscheidung von Graphen. Künftig soll ein kostengünstiges und vereinfachtes Verfahren die Abscheidung und den Transfer von Graphen auf Aluminiumnitrid-basierte Bandpassfilter ermöglichen.
Der CVD-Reaktor „Black Magic“ am Fraunhofer IAF erlaubt die Abscheidung von Graphen. Künftig soll ein kostengünstiges und vereinfachtes Verfahren die Abscheidung und den Transfer von Graphen auf Aluminiumnitrid-basierte Bandpassfilter ermöglichen.
(Bild: Fraunhofer IAF)
Mit solch dünnen Graphenelektroden rücken die mechanischen Gütefaktoren der Resonatoren nahe an das theoretische Ideal. Schafft man es die Schwingungseigenschaften der piezoelektrischen Resonatoren zu verbessern und höhere Kopplungsfaktoren zu erzielen, steigen die Signaltrennungsschärfe und die Energieeffizienz der Filter. Die Herausforderung dabei ist es, die nahezu masselosen Graphenelektroden mit den gängigen Mobilfunk-Bauteilen aus piezoelektrischem Aluminiumnitrid zu verbinden.

Als einer der Partner im »Graphene Flagship«, der größten Förderinitiative in der Geschichte der Europäischen Union, arbeitet das Fraunhofer IAF in Zusammenarbeit mit der EPCOS AG, einem Unternehmen der TDK Group, an einer effizienten Technologie zur Graphen-Abscheidung und dem Graphen-Transfer auf Aluminiumnitrid. So erstaunlich es ist, Graphen als atomar dünnes Material überhaupt herstellen und verarbeiten zu können, so schwer ist es, dies in einem industriellen Maßstab zu tun.

Viele der möglichen Anwendungen von Graphen scheitern noch, da die Herstellung des Materials noch zu aufwendig ist. Die Entwicklung von wirtschaftlichen Herstellungs- und Verarbeitungstechnologien ist daher ein Muss, um die herausragenden theoretischen Eigenschaften von Graphen in der Praxis zu nutzen.

Ein vielversprechender Ansatz zur Graphen-Abscheidung auf großen Substraten, wie sie in der Halbleiterindustrie typisch sind, ist die chemische Gasphasenabscheidung. Hierbei wird eine Katalysatoroberfläche, zum Beispiel Kupfer, auf nahezu 1000 °C erhitzt, bis sich kohlenstoffhaltiges Gas auf der heißen Oberfläche zersetzt und zu Graphen reorganisiert. Zukünftig soll dieses Prinzip gemeinsam mit EPCOS zur Industrie-kompatiblen Technologie für die direkte Integration von Graphen auf Aluminiumnitrid-basierte Bandpassfilter weiterentwickelt werden.

Neben dem Fraunhofer IAF sind noch zwei weitere Fraunhofer-Institute mit an Bord des »Graphene Flagships«, das insgesamt 142 Organisationen aus 23 Ländern umfasst: das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI sowie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT. Die Forscher am Fraunhofer ICT arbeiten an einer weiteren Art der großtechnischen und kostengünstigen Herstellung von Graphen – nämlich in Form von Graphen-Flakes.

Die Graphen-Experten des Fraunhofer ISI hingegen erstellen für alle Partner des Konsortiums und die Graphen-Community strategische Technologie- und Anwendungs-Roadmaps, mit denen sich wichtige Treiber für die weitere Graphen-Entwicklung sowie künftige Anwendungsfelder besser einschätzen lassen. Dr. Thomas Reiß, Leiter des Competence Centers Neue Technologien am Fraunhofer ISI, wurde außerdem zum Mitglied des Executive Boards des »Graphene Flagships« gewählt.

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