Графен – двухмерная кристаллическая форма углерода, является перспективным материалом для в производстве микро- и наноэлектроники.

С использованием быстрых электронов, которые могут проходить сквозь данный материал почти со скоростью света, и, таким образом, быть в 100 раз быстрее электронов, могущих двигаться в кремнии, графен мог быть использован для производства сверхбыстрых транзисторов или компьютерных чипов памяти. Уникальная атомная структура графена, обеспечивает его невероятную гибкость, механическую твердость и необычные оптические свойства, которые открывают большие перспективы в производстве электроники и в оптических систем. Однако, данный материал не имеет тривиального метода получения, благодаря которому графен можно было получать с высоким качеством и в больших количествах (на производстве).

Прежде, чем мы cможем полноценно использовать превосходные электронные свойства графена в производстве приборов, мы должны сначала создать метод формирования однородной однослойной графеновой пленки на непроводящей подложке макроскопических масштабов”, − говорит Юеганг Жанг (Yuegang Zhang), специалист по перспективным материалам Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory).

Имеющиеся методы изготовления, основанные на механическом срезе или отжиге в ультразряженном вакууме, – говорит он, – не пригодны для массового производства графеновых пленок. Графеновые пленки, сделанные на основе методик напыления и химической редукции весьма приводят к низкому качеству поверхности пленок.

Жанг и его коллеги из Национальной лаборатории Беркли и Центра нанотехнологий Министерства энергетики США , сделал большой шаг вперед в отношении указанной проблемы. Для создания однородной однослойной графеновой пленки они успешно использовали метод прямого химического напыления (CVD) паров углерода на диэлектрическую подложку.

В исследованиях использовалось электроннолучевое напыление, для создания медной пленки толщиной 100–450 нм. Медь была выбрана, потому что последняя крайне медленно диффундирует в углерод, это обеспечивает надежный контроль над количеством произведенных слоев графена. В качестве диэлектрических подложек использовались кварц, сапфир И другие диэлектрические среды. Метод CVD был выполнен при температуре 1000 градусов Цельсия в продолжительностях, с продолжительностью от 15 минут до семи часов в присутствии смеси молекулярного водорода и метана.

Рис. 1. Чтобы сделать тонкие графенвые пленки, исследователи Беркли сначала (a) напыляли тонкий слой меди на диэлектрическую поверхность кварца; затем (b) использовал CVD-метод, для того чтобы создать тонкий слой графена на поверхности меди. © медь не прилипает и испаряется, оставляя (d) непосредственно графеновую пленку на диэлектрической подложке.

В процессе выращивания пленки или сразу после его окончания медь собирается в капли и удаляется, оставляя однослойный графен на диэлектрической подложке. Дальнейшие исследования подтвердили образование однослоойных графеновых пленок на свободных от металла областях диэлектрика площадью в десятки квадратных микрометров.

"Наш способ, вероятно, подойдет и для осаждения других «двумерных» материалов — к примеру, нитрида бора», — замечает Юеганг Жанг.

Полученные пленки образуют «складки», которые повторяют форму собирающейся в капли меди, в результате чего электронные свойства материала — подвижность носителей заряда — ухудшаются. «Нам необходимо еще научиться контролировать формирование «складок», чтобы четко задавать параметры графена», — ставит цель г-н Чжан.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли.

Филиппов Ю.П.