Выращивать чудо-материал без дефектов — это ещё не всё. Чтобы интегрировать его в мир современной микроэлектроники, придётся научиться переносить сверхтонкие одноатомные пластины на кремний, причём предельно аккуратно.

Группа материаловедов из Сингапурского национального университета во главе с Ло Киан Пином (Loh Kian Pin) разработала новый одношаговый процесс выращивания и переноса высококачественного графена на кремниевую или любую другую жёсткую подложку.

Рис. 1. Эксперимент по новому методу выращивания графена на меди (фото NUS).

В последнее время в «графеновой промышленности» наблюдаются просто тектонические сдвиги: так, найдены новые способы выращивания из графена пластинок управляемого размера и формы. Однако любая современная микросхема, в которую вы мечтаете интегрировать графен (из-за его, понятно, отменных свойств), — многослойное устройство, а выращивать графен прямо на нём пока не очень-то получается.

То есть нужен техпроцесс не просто производства графена, но и его переноса на другие жёсткие поверхности.

Поясним: графен, будучи одноатомной пластиной, при отрывании от поверхности, на которой его выращивают, получает дефекты. Избежать этого полностью нельзя, поэтому даже самый высококачественный графен при переносе становится «так себе».

Чтобы обойти проблемный угол стороной, сингапурские учёные поместили выращиваемый графен на «пузырьковую подушку». Для этого в субстрат, на котором «культивировался» материал, впрыскивали газы, а в жидкий катализатор роста графена добавляли поверхностно-активные вещества. Из-за этого пузырьки не создавали дефектов в графене при их образовании, а после того, как он был готов, оторвать лист атомов углерода от слоя пузырьковых мостиков оказалось на порядок проще, причём число дефектов после этого было беспрецедентно малым.

Рис. 2. Графен, выращенный на медной плёнке толщиной 700 нм. A: без предварительной обработки (накачкой субстрата газами) и вакуумного отжига. B: без предварительной обработки, но с отжигом. C: с предварительной подготовкой, но без отжига. D: с подготовкой и отжигом. Стрелки указывают на пузырьки под графеном. (Иллюстрация Loh Kian Pin).

Таким методом, по словам разработчиков,

графен можно выращивать серийно (ключевое слово в этой заметке!) на поверхности кремниевых пластин, включая крупные интегральные схемы.

Сейчас сингапурцы ведут предварительные переговоры о коммерциализации гибридных графено-кремниевых полупроводниковых изделий с несколькими неназванными партнёрами «из электронной индустрии».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.