De svært små nanotrådene kan vokse på et ekstremt tynt substrat av grafen og danner da en tynnfilm med halvledere, som dessuten er gjennomsiktig slik at lys slipper gjennom. (Bilde: CrayoNao)

NTNU-gjennombrudd for nanotråder på grafen

Kan starte revolusjon i anvendelsen av karbonbasert supermateriale.

Det karbonbaserte materialet grafen har fått enormt mye oppmerksomhet de siste årene. Det var banebrytende eksperimenter med dette materialet som førte til at forskerne Andre Geim og Konstantin Novoselov fikk Nobelprisen i fysikk i 2010. En rekke bedrifter – blant annet IBM og Samsung – og forskningsinstitusjoner, inkludert flere svenske, forsker intenst på hvordan de svært attraktive egenskapene til grafen-materialet kan utnyttes.

I Norge, derimot, har det vært helt stille på dette området. I alle fall tilsynelatende.

Men nå er stillheten over. Forskere ved faggruppen «Material- og komponentteknologi» ved NTNUs Institutt for elektronikk og telekommunikasjon har utviklet og patentert en metode for å produsere det som kalles for III-V-halvledere på et substrat av grafen. Romertallene henviser til kolonnene tre og fem i periodesystemet, hvor grunnstoffer som gallium (Ga) og arsen (As) er plassert.

Grafen-molekylene danner et flatt, bikubelignende mønster.
Grafen-molekylene danner et flatt, bikubelignende mønster. Bilde: Chris Ewels

I samarbeid med NTNU Technology Transfer og CoFounder har forskerne som står bak oppfinnelsen, etablert selskapet CrayoNano. Dette skjedde i juni i år. I august fikk forskerne publisert oppfinnelsen i den amerikanske vitenskapsjournalen Nano Letters.

Forskningsgruppen ved NTNU som står bak oppfinnelsen, er ledet professorene Helge Weman og Bjørn-Ove Fimland. Disse to har etablert CrayoNano sammen med post.doc Dong-Chul Kim, som har bakgrunn fra Samsung, hvor han blant annet har jobbet mye med grafen.

Oppfinnelsen går ut på å danne en tynnfilm bestående av halvledende nanotråder som vokser på grafen-substratet. Metoden som brukes for å lage de nye halvlederne kalles molekylstråle-epitaksi (MBE). De nye halvlederne basert på grafen skal ha svært gode elektriske og optiske egenskaper.

Tradisjonelt bruker man et silisiumbasert substrat på opptil 500 mikrometer som man lar nanotråder gro på. Laget med nanotrådene, som består av galliumarsenid (GaAs) og som er den aktive delen av enheten, er derimot bare omtrent 1 mikrometer tykt. Ved å bytte ut det tradisjonelle substratet med grafen, som har en tykkelse tilsvarende ett karbonatom, oppnår man en halvlederenhet som ikke er stort tykkere enn laget med nanotråder. Dette hybridmaterialet åpner for nye muligheter.

Videoen nedenfor viser hvordan de nye halvlederne lages.

Dr. Helge Weman
Dr. Helge Weman Bilde: CrayoNano

– Vi står foran en revolusjon i produksjonen av solceller og LED-komponenter nå, sier Helge Weman i en pressemelding.

– Grafen er både billig, gjennomsiktig og bøyelig. Det leder strøm og varme veldig effektivt. Når vi nå kan lage halvledere på grafen i stedet for på silisium eller andre halvleder-substrater, kan vi få både billigere og mer effektive halvlederkomponenter. Med et bøyelig underlag, som også kan være gjennomsiktig, åpner det seg muligheter her som vi sikkert ikke har fantasi til å forstå rekkevidden av enda, forteller han.

Morten Frøseth, daglig leder i CrayoNano, utdyper:

– Eksempler på bruksområder kan være LED-skjermer i alle fasonger og varianter, samt mer effektive solceller som tar opp flere bølgelengder, forteller han til digi.no.

Morten Frøseth leder det nyopprettede selskapet CrayoNano, som skal kommersialisere teknologier knyttet til nanorør, grafen og halvleder.
Morten Frøseth leder det nyopprettede selskapet CrayoNano, som skal kommersialisere teknologier knyttet til nanorør, grafen og halvleder. Bilde: CrayoNano

Ifølge Frøseth er CrayoNano etablert for å kommersialisere oppfinnelsen.

– Det er egentlig en plattformteknologi som har enorme anvendelsesmuligheter i mange ulike markeder. Vi søker industrielle partnerskap med internasjonale aktører for å levere teknologien ut i flere markeder. I forhold til partnerne ønsker vi å legge lista høyt, forteller han.

Frøseth kjenner ikke til andre miljøer i Norge som jobber med grafen.

– Man må ha et langsiktig perspektiv på dette – kanskje mer enn fem år. Tilgangen på ressurser er avgjørende, og selvfølgelig også resultatene, sier Helge Weman til digi.no.

Han forteller at forskergruppen har jobbet med denne oppfinnelsen i to år. I denne perioden har man forsøkt å holde arbeidet hemmelig, slik at man ikke skulle miste muligheten til å søke patent.

– Vi har ikke diskutert dette med andre. Først nå vil vi begynne å se hvor stor interessen er. Det er egentlig to konsepter som må selges inn, både nanotråder og grafen, sier Weman.

I alt dreier det seg om fem patentsøknader. Det ble først søkt om patent i England, men det er også søkt om patent internasjonalt. Den første patentsøknaden skal nå være offentlig tilgjengelig.

Det har vært en del diskusjon om hvordan grafen skal staves, ikke minst på sidene til digi.no. Språkrådet, som digi.no så langt har fulgt, mener det hør skrive slik det gjøres i denne artikkelen – altså «grafen». Andre mener det skal skrives «grafén». Det finnes gode argumenter for begge deler (les kommentarene til tidligere saker om grafen). Men det er leserne som skal lese det vi skriver, så vi tenkte derfor å la dere avgjøre. Derfor har vi inkludert en avstemning i artikkelen. Vi vil følge resultatet av denne. Så stem i vei!

    Les også:

Til toppen