Как создать мультислойный графен с упаковкой берналя для полупроводниковой промышленности
Учёные из Университета Райса (США) представили несложной прямой путь выращивания громадных страниц мультислойного графена контролируемой толщины. Теоретически плёнки графена с правильным числом слоёв разрешат создавать графеновые транзисторы и другие необыкновенные, но востребованные устройства.
Не обращая внимания на то что классический однослойный графен проводит заряд значительно действеннее кремния, данный углеродный материал совсем лишён запрещённой территории — электронного свойства, лежащего в базе любого полупроводникового устройства. Но, как сравнительно не так давно выяснилось,
два графеновых слоя, уложенных друг на друга определённым образом, способны на маленькую запрещённую территорию. В этом случае каждый второй углеродный атом верхнего слоя обязан попадать в середину гексагонов нижнего уровня, из которых состоит графен. Такое размещение атомов именуется упаковкой Берналя.
Исследователи высказали предположение, что трёх- и четырёхслойные страницы графена при таких условиях должны владеть различными электронными особенностями, каковые имели возможность бы быть нужными на практике.
Рис. 1. Схема CVD-процесса (иллюстрация ACS Nano).
Джеймс Тур (James M. Tour) и его сотрудники задались целью отыскать метод, разрешающий применять способ химического осаждения из газовой фазы (CVD) чтобы получить плёнки Берналя контролируемой толщины.
Эта разработка, талантливая создавать сантиметровые графеновые страницы, содержится в выращивании графеновых слоёв на бронзовой фольге в камере с контролируемым давлением.
Химики заполняют камеру смесью водорода и метана, которая и есть источником углерода. Способом ошибок и проб было установлено, что
существует несложной метод, разрешающий осуществлять контроль число приобретаемых графеновых слоёв посредством давления в камере, поддерживая соотношение парциальных давлений водорода и метана равным 28:1.
При повышении давления образуются более толстые графеновые покрытия: в опытах были взяты структуры толщиной от 1 до 10 слоёв. Двухслойный графен появляется при давлении 93,3 торр, а трёх- и четырёхслойные покрытия образовывались при 152 и 277,6 торр. Для подтверждения числа слоёв в конечном продукте и их «бернальной» природы употреблялась просвечивающая электронная микроскопия большого разрешения и электронная дифракция.
А в качестве практической демонстрации полезности мультислойного графена с упаковкой Берналя учёные создали полупроводниковый транзистор на базе двухслойного материала.
Подробный отчёт о работе размещён в издании ACS Nano.