แอนเทนนาอาเรย์ที่ทำจากโครงสร้างไฮบริดของกราฟีน-โลหะ สำหรับการสื่อสารไร้สายด้วยคลื่นเทระเฮิรตซ์

บทคัดย่อ

กราฟีน ซึ่งเป็นอัญรูปสองมิติของคาร์บอน เป็นวัสดุที่มีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้งานในหลายๆด้าน ไม่ว่าจะเป็นทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าที่ความถี่สูง อิเล็กทรอนิกส์ที่โค้งงอได้ จอสัมผัส อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์กักเก็บพลังงาน และเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้ แต่อย่างไรก็ตาม การนำกราฟีนไปประยุกต์ใช้งานจริงยังคงมีขีดจำกัดอยู่ เนื่องจากการนำกราฟีนไปสร้างเป็น device นั้นยังคงทำได้ยากและยังเป็นสิ่งที่ท้าทายอยู่มาก ทำให้ในปัจจุบันนั้น มีเพียงการนำกราฟีนไปใช้กับงานทางด้านทฤษฎีและการวิจัยในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ในขณะที่กราฟีนที่มีลักษณะเป็นแผ่นต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำกราฟีนไปประยุกต์ใช้งานทางด้านไฟฟ้าและด้านแสง แต่ในขณะเดียวกันการประยุกต์ใช้งานทางด้านนี้นั้นล้วนต้องการกราฟีนที่อยู่บนฐานรองที่ปกติไม่ได้ใช้เป็นฐานรองในการสังเคราะห์กราฟีน จึงทำให้ต้องมีการถ่ายโอนกราฟีนจากฐานรองที่ใช้ในการสังเคราะห์มาเป็นฐานรองอื่น (เช่น ซิลิคอนเวเฟอร์ เป็นต้น) ด้วยเหตุดังกล่าว งานวิจัยนี้จึงได้ใช้เทคนิคการสะสมไอเชิงเคมี (chemical vapor deposition, CVD) ในการสังเคราะห์กราฟีนบนฟอยล์ทองแดง ร่วมกับเทคนิคการย้ายกราฟีนที่ใช้ poly(methyl methacrylate) (PMMA) เป็นตัวช่วย ในการย้ายกราฟีนจากฟอยล์ทองแดงไปยังฐานรอง Si/SiO2 โดยก่อนที่จะทำการย้ายกราฟีนนั้น ได้มีการย้าย hBN ที่สังเคราะห์ขึ้นด้วยเทคนิค CVD เช่นกัน มาไว้บนฐานรอง Si/SiO2 ก่อน โดยใช้เทคนิคการย้ายเดียวกัน เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมให้กับกราฟีน โดยพบว่า เทคนิคดังกล่าวสามารถสังเคราะห์กราฟีนที่มีลักษณะเป็นแผ่นต่อเนื่อง ที่มีขนาดพื้นที่ใหญ่ (ระดับ 1 ซม. X 1 ซม.) ได้ และกราฟีนที่สังเคราะห์ได้ยังมีข้อบกพร่องทางโครงสร้าง เช่น รอยย่น รอยแตก และช่องว่าง ที่น้อยมากนอกจากคุณสมบัติทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่มีเอกลักษณ์แล้ว กราฟีนยังแสดงพฤติกรรมของพลาสมอนที่มีความถี่ระดับเทระเฮิรตซ์ที่อุณหภูมิห้องอีกด้วย โครงการวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์ที่จะนำคุณสมบัตินี้ของกราฟีนไปประยุกต์ใช้งานทางด้านการสื่อสารไร้สายด้วยคลื่นเทระเฮิรตซ์ โดยการสร้างโครงสร้างรีเฟล็กท์อาเรย์ (reflectarray) บนโครงสร้างไฮบริดของกราฟีน-โลหะ โดยโลหะในโครงสร้างนี้ทำหน้าที่เป็นพลาสมอนส่วนที่แอคทีฟ ส่วนกราฟีนทำหน้าที่ในการลดกำลังสะท้อน (reflected power) โดยการไปทำลายปรากฎการณ์ทางควอนตัมที่ถูกกักขังไว้ (confinement) ของอิเล็กตรอนในโลหะ เมื่อเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงของโครงสร้างไฮบริดของกราฟีน-โลหะกับค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงของอาเรย์ที่เป็นโลหะอย่างเดียวแล้ว พบว่า ความแตกต่างนั้นมากพอที่ทำให้สามารถสรุปได้ว่าโครงสร้างที่สาธิตขึ้นนี้สามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ได้จริง

คำสำคัญ

ระดับความพร้อมของโครงการ