Полупроводниковый транзистор на основе графена

Схема метода химического осаждения из газовой фазы

Учёные из Университета Райса (США) представили простой прямой путь выращивания больших листов мультислойного графена контролируемой толщины. Теоретически плёнки графена с точным количеством слоёв позволят создавать графеновые транзисторы и другие необычные, но востребованные устройства.

Несмотря на то что традиционный однослойный графен проводит заряд гораздо эффективнее кремния, этот углеродный материал напрочь лишён запрещённой зоны — электронного свойства, лежащего в основе любого полупроводникового устройства. Однако, как недавно выяснилось, два графеновых слоя, уложенных друг на друга определённым образом, способны на небольшую запрещённую зону. В этом случае каждый второй углеродный атом верхнего слоя должен попадать в середину гексагонов нижнего уровня, из которых состоит графен. Такое расположение атомов называется упаковкой Берналя. Исследователи предположили, что трёх- и четырёхслойные листы графена в таком случае должны обладать разными электронными свойствами, которые могли бы быть полезными на практике.

Джеймс Тур (James M. Tour) и его коллеги задались целью найти способ, позволяющий использовать метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) для получения плёнок Берналя контролируемой толщины.

Эта технология, способная производить сантиметровые графеновые листы, заключается в выращивании графеновых слоёв на медной фольге в камере с контролируемым давлением.

Химики заполняют камеру смесью водорода и метана, которая и является источником углерода. Методом проб и ошибок было установлено, что существует простой способ, позволяющий контролировать число получаемых графеновых слоёв с помощью давления в камере, поддерживая соотношение парциальных давлений водорода и метана равным 28:1.

При увеличении давления образуются более толстые графеновые покрытия: в экспериментах были получены 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 использовалась просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения и электронная дифракция.

А в качестве практической демонстрации полезности мультислойного графена с упаковкой Берналя учёные создали полупроводниковый транзистор на основе двухслойного материала.


Источник