При помощи оригинального метода американские учёные синтезировали графен необычной формы. Изготовив на базе полученной структуры транзистор, исследователи сделали вывод о высоком качестве материала.

Считается, что Нобелевская премия – это указатель пути, по которому будет происходить дальнейшее развитие науки и техники. Например, присуждение премии по физике Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну за исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта ознаменовало начало эры миниатюризации и полупроводниковой техники.

На сегодняшний день огромные надежды возлагают на графен – уникальный по своим свойствам материал, способный совершить следующий прорыв в электронике.

Для того чтобы этот перспективный материал начал активно использоваться при производстве высокоскоростных устройств, необходимо решить ряд технологических проблем. Одна из них – практически полное отсутствие высокопроизводительных методов синтеза качественного графена. При этом требуются не просто новые методы синтеза – желательно, чтобы была возможность их реализации на уже существующем оборудовании.

Учёные из Университета Южной Калифорнии, чтобы преодолеть эти трудности, предложили модифицировать метод химического осаждения из газовой фазы (CVD). Существует много разновидностей метода CVD, но суть его одна: подложка, на которой необходимо вырастить плёнку, помещается в камеру с парами газов определённых веществ, которые, реагируя или разлагаясь, формируют на поверхности подложки требуемый материал. Этот метод широко используется в полупроводниковой промышленности и тонкоплёночных технологиях.

Особенность предложенной американскими исследователями модификации заключалась в том, что в своих опытах они помещали медную подложку в специальную газовую ловушку внутри основной камеры. Газовая ловушка имела простую конструкцию: она представляла собой закрытую с одной стороны обычную кварцевую трубку, а в качестве рабочих газов выступали водород и метан. При работе установки ловушка улавливала пары проходящего газа, в результате чего параметры газовой среды внутри трубки существенно отличались от параметров в общей камере. Условия среды внутри ловушки способствовали росту качественного графена интересной формы: в зависимости от скорости подачи газов получались плоские графеновые «цветки» размером до 100 мкм либо с шестью, либо с четырьмя листьями. Причём на положке, находящейся вне ловушки, происходило образование лишь неправильной поликристаллической углеродной плёнки.

Исследование углеродных «цветков» на электронном микроскопе показало, что его лепестки состоят из одного слоя графена, а центр – из двух. Кроме этого, вся структура представляла собой монокристалл, что очень хорошо для приборов электроники, ведь чем меньше в структуре дефектов, тем лучше получается устройство.

Качество полученных углеродных структур исследователи изучали по транзисторам, изготовленным на их основе. Для этого они переносили графеновые «цветки» на подложку легированного кремния и напыляли электроды на его центр и лепестки.

Прикладывая напряжения к различным контактам, исследователи обнаружили, что в полученных структурах носители заряда обладают рекордно высокой подвижностью. Подобный результат – следствие высокого качества синтезированного материала. Как говорят сами исследователи,

полученные ими структуры обладают огромным потенциалом для использования в быстродействующей графеновой наноэлектронике.

Источник информации:

Yi Zhang, Luyao Zhang, Pyojae Kim, Mingyuan Ge, Zhen Li, and Chongwu Zhou Vapor Trapping Growth of Single-Crystalline Graphene Flowers: Synthesis, Morphology, and Electronic Properties. – ACS Nano Letters. – ACS Nano Letters. Препринт статьи доступен на сайте журнала.