GIMMIK - Herstellung von Graphen im industriellen Maßstab

 

Graphen besteht nur aus einer Lage von Kohlenstoffatomen und gilt seit seiner Entdeckung als „Wundermaterial“. Besonders interessant ist die extreme Festigkeit bei gleichzeitiger Biegsamkeit des Materials. Auch weist es eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Metalle auf und ist noch dazu transparent. Die einzigartigen Eigenschaften des dünnsten Materials der Welt könnten vielfältige Anwendungen ermöglichen, bisher sind jedoch sehr wenige Produkte auf dem Markt. Einige Verbesserungen konnten bspw. bei Sensoren zu einer deutlich gesteigerten Sensitivität führen. Auch konnten Transistoren, Herzstück in der Nachrichtentechnik oder in Computersystemen, mit besonders hoher Taktfrequenz realisiert werden. Es handelt sich bislang jedoch nur um Labordemonstrationen, nicht um produktionstaugliche Prozesse. Das dringendste Problem ist die nicht einwandfrei definierte und reproduzierbare Qualität der Graphenschichten. Für eine Umsetzung im industriellen Maßstab ist aber eine hohe und zuverlässig reproduzierbare Qualität der elektrisch funktionalen Materialien unabdingbare Voraussetzung.


Mit der Gasphasenabscheidung steht grundsätzlich ein skalierbarer Prozess für die Herstellung großflächiger Graphenschichten zur Verfügung. Im Projekt GIMMIK soll die Herstellung von Graphenschichten erstmals unter industriellen Rahmenbedingungen evaluiert werden. Die Schwachstellen bei der entsprechenden Prozessierung werden identifiziert und Wege zur Eliminierung der Fehlerquellen entwickelt. Darüber hinaus soll die Übertragung der Eigenschaften von Graphen auf elektrische Bauteile durch Integration in eine Materialumgebung überprüft werden. Dieser Aspekt soll mit Fokus auf die Bewertung der Graphenqualität, aber auch im Hinblick auf die Verbesserung der Bauteileigenschaften untersucht werden. Parallel werden Verfahren zur großflächigen, kontaktfreien Charakterisierung von Graphen entwickelt, die derzeit noch nicht existieren. Projektziel ist die Erstellung von Methodiken zur Sicherstellung einer gleichmäßig hohen Graphenqualität als Grundlage der Fertigungstauglichkeit für Abscheidungs- und Integrations-Prozesse.


Das Forschungsvorhaben GIMMIK hat zum Ziel, die Graphentechnologie für elektronische Bauelemente zu erweitern und auf einen produktionsrelevanten Stand zu bringen. Im Erfolgsfall gelingt ein internationaler Durchbruch in der industriellen Anwendung von Graphen, der aufgrund des hohen Verwertungspotentials die beteiligten Unternehmen und Deutschland als Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort international stärkt.

GIMMIK wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Partner:

AIXTRON SE, Deutschland (Herzogenrath)

Infineon Technologies AG, Deutschland (Neubiberg)

IHP GmbH - Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik, Deutschland (Frankfurt, Oder)

Protemics GmbH, Deutschland (Aachen)

LayTec AG, Deutschland (Berlin)