Зеленоградские ученые изменяют свойства графена для создания электронных проводящих систем

В середине XX века кремний совершил великий прорыв в микроэлектронике, и хотя он и остается чрезвычайно востребованным материалом в производстве электронных чипов, Его физико-химические ресурсы исчерпаны. Для микроэлектроники следующего поколения наиболее перспективным материалом оказался Графен из-за Его экстраординарных электрохимических и физических свойств.

Графен представляет собой двумерную (однослойную) аллотропную модификацию углерода. Его производство уже хорошо освоено Для крупных промышленных нужд: к примеру, Для сенсорных экранов смартфонов. Сенсорный Графен далек от идеала, но трудится он хорошо, так Как даже детские пальчики имеют огромную площадь порядка 10 кв. Мм.

Однако Для микроэлектроники нужен не только Графен сверхвысокой химической чистоты и низкой дефектности, но и целый запасы способов Для создания локальных модификаций с заданными свойствами - вплоть до удаления графена с подложки.

Для обработки графенов используются также и оптические технологии: определенные участки материала окисляются в среде газа озона с помощью лазера или выжигаются лазерной абляцией. Однако оптические способы до тех пор пока не совершенны, так Как не дают однородности свойств обработанного графена.

Зеленоградские ученые тоже включились в " мировую графеновую гонку ". Иван Бобриневский, Алексей Емельянов и Иван Комаров из Московского института электронной техники (Зеленоград) использовали пикосекундное и фемтосекундное импульсное лазерное воздействие с длиной волны 515 нм Для химической модификации графена. В процессе эксперимента они установили, что лазерное травление графена начиналось ниже порога графеновой абляции. Оказалось, что лазерная абляция чувствительна к дефектам графена, к примеру к линейным складкам и " островкам двухслойности ".

само собой, ученые обратили внимание на разновидности подобных дефектов, влияющих на ход лазерной обработки, и скурпулезно изучили их. Например, " островки двухслойности " представляли собой двухслойные углеродные хлопья с множеством нанотрещин. Дефекты такого рода сильно сильнее поглощали лазерную энергию (от 2-х до десяти раз). А Дефекты типа " дивакансионный мостик " (пара соседствующих вакансий, ионных дыр в кристаллической решетке) уменьшали теплопроводность графена на порядок и тем самым препятствовали рассеиванию лазерной энергии. Соединение этих 2-х дефектов приводило к локальному перегреву, что сильно нарушало стабильность лазерной обработки графеновых пленок.

Дефекты типа " линейная складка " имеют внутренние механические напряжения и отличаются наличием химических функциональных групп, к примеру, карбонильных. Как и складка на человеческой одежде, графеновая складка состоит из нескольких слоев. Складки рассеивают фотоны, к тому же неравномерно, А их теплопроводность существенно ниже, чем у однослойного графена. Соединение этих 2-х факторов может приводить к растрескиванию складок и распространению трещин на значительные пространства графеновой пленки, что недопустимо в промышленной микроэлектронике. Это напоминает известную женскую проблему " колготки поползли " от небольшого локального разрыва (что недопустимо не только в высшем обществе, но даже и в демимонде).

Зеленоградские ученые также изучили влияние микроскопических количеств воды, замурованной под графеновой пленкой в зазоре между ней и подложкой. Присутствие воды даже в подобных маленьких количествах может приводить при лазерной абляции к разрушению графеновой пленки за счет парового взрыва.

исследовательской работы пришли к выводу, что Для создания электронных проводящих систем с эффектом памяти на графене наиболее перспективным методом оказывается лазерное окислительное травление ниже порога абляции графена.

Владимир Тесленко