– Vår teknik använder wafer­bonding med material som finns i industrin, då är det enklare för industrin att ta till sig ­processen. 2D-material i sig är svårt nog, säger Arne Quellmalz som är en av grundarna av In2great Materials.

Enkelt förklarat placeras den färdigprocessade wafern i en spinner (en maskin som får skivan att snurra extremt snabbt) varefter en polymer (exempelvis BCB, bisbenzocyclobuten) appliceras och bildar ett tunt skikt.

Arne Quellmalz

Själva grafenet är tillverkat på en bärare av kopparfolie och lägga ovanpå BCB-skiktet. Sedan är det bara att stoppa in wafern i en press samtidigt som man applicerar värme. Då mjuknar BCB-lagret och ”limmar fast” grafenet.

Tekniken kallas bondning och är en standardmetod inom halvledarindustrin, plus att BCB använts sedan 90-talet.

När wafern är färdigbakad etsas kopparbäraren bort. Sedan går det att etsa ut ett mönster i grafenet men också att etsa viahål till det underliggande lagret för att skapa elektrisk kontakt med detta.

– BCB är kemiskt stabilt upp till 350 grader så det går att använda både våt- och torretsning.

Det är också möjligt att deponera både metaller för kontaktering av grafenet och dielektrika om man vill kapsla in någon del.

Alternativt gör man alla eller delar av momenten på BCB-lagret innan man bondar ihop grafenfilmen med wafern. Då kan man exempelvis skapa kaviteter under grafenfilmen.

– Personligen tror jag att den första tillämpningen blir fotodetektorer för optisk kommunikation med chipen.

Ett annat tillämpningsområde som ligger nära till hands är att använda grafen för att skapa biosensorer.

– Det finns mycket intresse för det, säger Arne Quellmalz.

Tittar man längre framåt går det att skapa heterostrukturer som supraledare genom att bonda ett andra lager grafen ovanpå det första. I det fallet behövs inget nytt BCB-skikt i och med att grafenskikten hålls samman på atomnivå av Van der Waals-krafterna.

Andra tvådimensionella material än grafen är även intressanta för att göra själva transistorerna.

– I presentationer från Intel och TSMC kan man se att de siktar på nanoskikt av tvådimensionella material som stackas två eller tre stycken på varandra.

In2great Materials knoppades av från KTH år 2021 av Arne Quellmalz, Frank Niklaus, Kristinn Gylfason, Niclas Roxhed och Göran Stemme. Gruppen sysslade bland annat med integration av grafen i mikromekaniska system där waferbondning är ett standardförfarande.

Nu var själva processen med att lägga grafen på kisel egentligen inte huvudfokus för Arne Quellmalz doktorandstudier även om mycket av arbetet kom att handla om det.

– Jag personligen ville att det skulle bli något mer än en forskningsartikel, något som kommer ut till industrin. Men vem skulle göra det? Jag tittade mig runt och det blev jag, säger han och fortsätter:

– Tekniken är banbrytande, den har enorm potential och vi arbetar så snabbt vi kan för att få ut den. Vi pratar med kunder och partners. De har ett problem och vi kan erbjuda en lösning.

För närvarande är det bara Arne som arbetar aktivt i företaget, de andra grundarna stöttar vid behov, men planen är att växa, gärna med personer som har erfarenhet från halvledarindustrin.

– Vi koordinerar ett projekt från Vinnova på tio miljoner kronor som startade i år.

Målet är att ta tekniken till nästa nivå, att visa att den fungerar i industriell skala.

Företaget har hyrt in sig i Electrumlaboratoriet, KTH:s renrum för mikro- och ­nanotillverkning, vilket ger tillgång till alla nödvändiga maskiner inklusive litografi och etsning.

– Vi kan köra småskalig produktion på åttatumsskivor.

Idag finns prover på fyra- och åttatumsskivor samtidigt som det pågår arbete med att validera tekniken för att göra den kommersiellt användbar.

– Vi har foundrypartners som vi arbetar med för att validera tekniken men vi kan inte säga vilka.

Dessutom förser företaget universitet och forskningsinstitut med grafenbelagda wafers.

Tekniken är skyddad av ett antal patent varav det första godkändes i slutet av november.

Beroende på vem kunden är kan tekniken komma att licensieras eller så processas skivorna i Electrumlaboratoriet.

– Om vi kör tvåskift har vi kapacitet att processa ett par hundra wafers per vecka, kanske mer.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Parallellt pågår arbete med att integrera tekniken i själva halvledarprocessen, det som kallas front-end. Då går det inte att använda polymerer för bondningen men mer än så får vi inte veta.

– Vi återkommer om det, säger Arne Quellmalz.