Graphene electronics on flexible substrates for microwave application

Fan, Chun-Yu; Negra, Renato; Lemme, Max C.

doi:10.18154/RWTH-2025-00688

Graphene electronics on flexible substrates for microwave application

Fan, Chun-Yu^RWTH*

2024 & 2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Chun-Yu Fan, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Negra, Renato (Thesis advisor)^RWTH* ; Lemme, Max C. (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-06-11

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00688
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1002803/files/1002803.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Höchstfrequenzelektronik (618510)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Metal-Insulator-Graphene (MIG) diode (frei) ; flexible substrate (frei) ; graphene (frei) ; microwave (frei) ; rectifier (frei) ; transmitter (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Flexible Elektronik sind elektronische Geräte oder Schaltkreise, die auf flexiblen Substraten implementiert sind, sodass sie gebogen, verdreht und an verschiedene Formen und Oberflächen angepasst werden können. Flexible Elektronik hat gegenüber herkömmlicher starrer Elektronik mehrere Vorteile. Sie ist leicht, tragbar und kann in eine Vielzahl von Produkten integriert werden. Silizium ist derzeit das beliebteste Halbleitermaterial für die Herstellung elektronischer Komponenten. Siliziumbasierte CMOS-Elektronik (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) hat jedoch eine planare Struktur und kann relativ zerbrechlich sein, was die Herstellung flexibler und kompakter integrierter Schaltkreise erschweren kann. Graphen hat aufgrund vieler Vorteile ein großes Potenzial für den Einsatz in Hochfrequenzelektronik auf flexiblen Substraten. Die Forschung und Entwicklung flexibler Schaltkreise und Systeme auf Graphenbasis schreitet jedoch langsamer voran. Die Machbarkeit der Verwendung von Graphen in der praktischen flexiblen Mikroelektronik ist bislang nicht gut nachgewiesen. Ziel dieser Dissertation ist es, die Grundlagenforschung einzelner flexibler Graphengeräte zu erweitern, um praktische und wettbewerbsfähige Anwendungen der Technologie zu erkunden. Durch die Entwicklung verschiedener Prototypen flexibler Mikro- und Millimeterwellenschaltkreise und -systeme auf Graphenbasis demonstriert die Dissertation die Machbarkeit für dieser Technologie. Der Ansatz beinhaltet die Verwendung eines vollständig integrierten Graphen MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), um Schaltkreise zu entwickeln, die bei hohen Frequenzen arbeiten können und sich daher für den Einsatz in einer breiten Palette und wettbewerbsfähigen elektronischen Anwendungen eignen.

Flexible electronics are electronic devices or circuits that are implemented on flexible substrates, allowing them to be bent, twisted, and conformed to different shapes and surfaces. Flexible electronics have several advantages over traditional rigid electronics. They are lightweight, portable, and can be integrated into a variety of products. Silicon is currently the most popular semiconductor material used in the production of electronic components. However, silicon-based complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) electronics have a planar structure and can be relatively fragile, which can make it challenging to create flexible and compact integrated circuits. Graphene has a lot of potential for use in high-frequency electronics on flexible substrates due to many advantages. However, the research and development of flexible graphene-based circuits and systems have been progressing at a slower pace. The feasibility of using graphene in practical flexible microelectronics has not been well demonstrated. This thesis aims to extend the fundamental research of individual flexible graphene devices to explore practical and competitive applications of the technology. By creating different prototypes of flexible graphene-based micro- and millimetre-wave circuits and systems, the thesis demonstrates proof-of-concept for the technology. The approach involves using a fully integrated graphene monolithic microwave integrated circuit (MMIC) process to create circuits that can operate at high-frequencies, making them suitable for use in a wide range and competitive electronic applications.

OpenAccess:
PDF
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