長期以來，科學家和工程師一直吹捧 graphene 用于電子設備，因為它具有出色的導電性、光學透明度、機械強度以及導熱和在高溫下保持穩(wěn)定的能力。然而，石墨烯在商業(yè)層面上用于電子產(chǎn)品中的應用仍然有限。這在一定程度上是因為創(chuàng)建和集成大多數(shù)（但不是全部）大規(guī)模電子產(chǎn)品所需的單層石墨烯要困難得多。此外，由于嚴格的監(jiān)管和認證要求，石墨烯作為一種新材料，在投入使用之前必須經(jīng)過許多高科技應用。也就是說，許多先進技術市場，包括傳感器，開始更廣泛地使用這種材料。

世界各地的許多公司都開發(fā)了石墨烯傳感器，但其中許多傳感器純粹圍繞生物傳感展開，許多公司試圖在大流行期間開發(fā)先進的 COVID 測試。但總部位于英國劍橋郡的 Paragraf 公司將目標定得更高，而不僅僅是成為小規(guī)模的石墨烯傳感器生產(chǎn)商。相反，該公司的目標是成為第一家為最終用戶提供“空白畫布”石墨烯場效應晶體管 （gFET） 傳感元件的石墨烯代工廠，這些元件可以根據(jù)不同行業(yè)用戶的個人需求進行定制。

Paragraf 相信這種方法將使公司更容易擴大其制造能力。這種方法消除了監(jiān)管限制，使工程師能夠只專注于核心技術，而不必考慮可以使用傳感器以及需要專門定制的多種場景。

構建空白畫布 gFET

可以說，Paragraf 的傳感器元件是一張空白的畫布。該公司正在通過在藍寶石襯底上生長石墨烯并添加兩個觸點，并在頂部添加一個柵極來構建主要傳感表面——畫布。然后，由 Paragraf 的客戶根據(jù)他們需要的功能來最終確定傳感器：“我們不是在銷售成品傳感器，”Paragraf 的生物傳感器總監(jiān) Mark Davis 說，他補充說，用戶可以將許多不同種類的受體添加到傳感器中。

通過讓用戶控制傳感接收器，它將使 gFET 更容易滿足各自行業(yè)的監(jiān)管和認證要求。Paragraf 面向許多應用和行業(yè)，包括醫(yī)療保健診斷中的鉀離子傳感、農業(yè)廢水徑流中的重金屬檢測、醫(yī)療保健、農業(yè)和氫能行業(yè)的氣體傳感應用、細胞和基因治療中的 pH 傳感、食品和飲料監(jiān)測以及化學加工應用。

gFET 還具有很大的潛力，具有用于醫(yī)療保健診斷的多路復用功能，其中可以在同一芯片上測量許多不同的生物標志物或感興趣的化學成分?！霸S多 gFET 僅包含 3 到 5 個通道，但 Paragraf FET 的尺寸意味著我們可以在一個芯片上安裝多達 100 個通道，”Davis 說，這使得所得芯片能夠檢測和區(qū)分給定樣品中的更多事物。

據(jù)該公司稱，由于 gFET 的高靈敏度，Paragraf gFET 的用戶開始使用這些空白畫布傳感器開發(fā)用于單離子和 pH 傳感應用的醫(yī)療保健診斷平臺?！皩τ诖蠖鄶?shù)醫(yī)療保健應用，我們正在考慮一次性傳感器，每個傳感器的成本為 1 美元，”Davis 說?！拔磥?，只要我們每年能生產(chǎn)超過 100 萬個 [傳感器]，并將晶圓尺寸保持在 3 x 3 毫米以下，我們就能夠將成本降低到這個水平——在現(xiàn)實世界場景中擴大石墨烯傳感器和石墨烯電子產(chǎn)品的潛力和能力?！?/p>

Paragraf 打算將其石墨烯場效應晶體管變成一塊空白的畫布，供用戶在其上構建。帕拉格拉夫

大規(guī)模開發(fā) gFET 傳感器組件

Paragraf 正在開發(fā)的 gFET 是一種電解質門控 FET。FET 的工作原理是將用戶想要分析的電解液滴放置在傳感器表面。電解質的導電性會產(chǎn)生電偏壓，從而改變傳感器石墨烯片中電子的行為方式。這也改變了石墨烯片上可檢測的電阻，并且由于石墨烯的電性能非常好，因此可以檢測到電解質樣品中非常低濃度的離子（包括單離子）

Paragraf 正在批量制造傳感器，就像半導體行業(yè)制造裝滿芯片的晶圓一樣，通過金屬有機化學氣相沉積將石墨烯直接沉積到晶圓上，并在頂部連接金屬觸點。

許多化學氣相沉積技術在銅箔上生長石墨烯，但石墨烯需要轉移到終端器件，這可能會導致石墨烯中的結構缺陷和銅污染，從而影響器件的傳感能力。通過直接在晶圓上生長石墨烯，Paragraf 避免了這種情況，從而提高了其設備的傳感性能。Davis 說，Paragraf 正在“制造半導體風格的傳感器元件，這樣我們就可以使傳感器元件小型化，并在每個芯片上安裝更多的傳感器元件。Paragraf 的愿景是，我們是一家代工廠，是最終診斷解決方案的傳感器組件制造商。

Davis 說，Paragraf 目前可以在邊長 51 毫米的晶圓上安裝多達 32 個 gFET。該公司正在劍橋郡的亨廷頓建立一家大型制造工廠。Paragraf 最近還收購了位于圣地亞哥的另一家石墨烯傳感器公司 Cardea Bio。

Paragraf 還在開發(fā)具有寬動態(tài)范圍的石墨烯霍爾效應傳感器，適用于低場和高場磁測量應用，從繪制 CERN 的高磁場和測量電磁場，到精確定位電池中的電流泄漏和測量量子計算機內部是否存在超小磁場，但這些都是標準的傳感器元件架構，不需要最終用戶提供任何進一步的輸入待使用 - 它們已準備就緒。最終，Paragraf 將賭注押在了空白板巖 gFET 上，這是它創(chuàng)建第一家石墨烯代工廠的希望所在。