Realizzare componenti elettronici utilizzando il grafene, un materiale composto da un singolo strato di atomi di carbonio, è una delle principali sfide tecnologiche di oggi. I ricercatori sperano di sfruttare l'eccezionale mobilità degli elettroni del grafene e di utilizzare il materiale anche per progettare progetti a basso costo, elettronica flessibile. Gruppi di ricerca del CEA, CNRS, L'Université de Lille 1 e la Northwestern University hanno messo a punto un nuovo processo per la produzione di transistor che combinano flessibilità e mobilità degli elettroni e sono in grado di funzionare a frequenze molto elevate nella gamma dei GHz. Il processo utilizza una forma di grafene in soluzione compatibile con le tecniche di stampa. Componenti elettronici come questi dovrebbero portare allo sviluppo di circuiti elettronici ad alte prestazioni integrati negli oggetti di uso quotidiano.

I risultati sono apparsi sulla rivista Nano lettere il 14 marzo, 2012.

Grafene, un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio esagonali, ha alcune proprietà eccezionali. In particolare, la sua elevata mobilità elettronica dovrebbe aiutare i componenti elettronici a funzionare a frequenze molto alte. Le sue proprietà meccaniche lo rendono anche flessibile. Queste due proprietà - mobilità degli elettroni e flessibilità - potrebbero essere utilmente impiegate per realizzare componenti e circuiti elettronici per varie applicazioni, come lo sviluppo di schermi flessibili e transistor e componenti elettronici ad altissime prestazioni a basso costo.

Attualmente sono disponibili diversi metodi di sintesi del grafene. Uno di questi riguarda la produzione di grafene come soluzione di minuscole particelle, poche centinaia di nanometri di diametro, stabilizzati in acqua da tensioattivi. Il metodo di sintesi utilizzato per ottenere il risultante “inchiostro conduttivo” consente di selezionare solo fogli monostrato che presentano notevoli proprietà elettroniche (invece di una combinazione di grafene monostrato e multistrato). Un'altra caratteristica specifica è che i componenti possono essere prodotti su una gamma molto ampia di supporti, compreso il vetro, carta o substrati organici.

I gruppi di ricerca del CEA, CNRS, L'Université de Lille 1 e la Northwestern University hanno sviluppato il primo processo in assoluto per realizzare transistor flessibili da grafene solubilizzato su substrati di poliimmide (un polimero termostabile). Hanno quindi effettuato uno studio approfondito delle prestazioni ad alta frequenza di questi transistor.

Nel processo sviluppato dai ricercatori, fogli di grafene in soluzione vengono depositati sul substrato con un campo elettrico alternato applicato tra elettrodi preventivamente predisposti. Questa tecnica, nota come dielettroforesi o DEP, viene utilizzato per guidare il processo di deposizione del grafene in modo da ottenere un'elevata densità di fogli depositati in determinati punti. Questa densità è essenziale per ottenere prestazioni eccezionali ad alta frequenza. La mobilità di carica nei transistor è nella regione di 100 cm2/V.s, un valore di gran lunga superiore a quello ottenuto con molecole o polimeri semiconduttori. Questi transistor raggiungono così frequenze molto alte – intorno agli 8 GHz – un livello di prestazioni mai ottenuto prima nell'elettronica organica!

I risultati mostrano che il grafene "inchiostro conduttivo" è un materiale altamente competitivo per realizzare applicazioni elettroniche flessibili in un intervallo di alta frequenza (GHz) completamente fuori dalla portata dei semiconduttori organici convenzionali. Questa nuova generazione di transistor offre ottime prospettive per molte applicazioni, compresi schermi flessibili (pieghevoli o avvolgibili), dispositivi elettronici incorporati in tessuti o altri oggetti di uso quotidiano, come tag RFID, in grado di elaborare e trasmettere informazioni.