И.А. Сорокин1, Д.В. Колодко2, Е.Г. Шустин3, В.А. Лузанов4

1-4 ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Россия)

Постановка проблемы. Получение изолированного графена большой площади в управляемых условиях является важной задачей, интерес к которой обусловлен такими уникальными физико-химическими свойствами графена, как высокие электро- и теплопроводность, зависимость электронных характеристик от наличия на поверхности графена присоединенных радикалов различной природы, регулируемая ширина запрещенной зонды, высокая подвижность носителей.

Цель. Рассмотреть методику получения тонких графитовых пленок на диэлектрической подложке путем отжига структуры (0001)Al2O3/(111)Ni/ta-C с минимальной плотностью дефектов кристаллической структуры методом гетероэпитаксиального синтеза.

Результаты. Апробирована методика получения тонких графитовых пленок на диэлектрической подложке путем отжига структуры (0001)Al2O3/(111)Ni/ta-C, основанная на каталитическом разложении углеводородов на поверхности монокристалла металла-катализатора и последующей диффузии и кристаллизации углерода на обратной стороне металлической пленки. Установлено, что поверхность полученных углеродных пленок толщиной, существенно превышающей один атомарный слой, равномерна в рамках используемых образцов (5х5 мм). Показано, что варьирование температуры и времени отжига, а также исходного количества углерода в дальнейшем позволит контролировать количество участвующего в формировании атомарных слоев углерода.

Практическая значимость. Апробированная методика представляется весьма перспективной для разработки на ее базе полноценного масштабируемого технологического процесса по получению структурно совершенного графена большой площади на диэлектрической подложке.

Сорокин И.А., Колодко Д.В., Шустин Е.Г., Лузанов В.А. Получение тонких пленок графита на диэлектрической подложке методом гетероэпитаксиального синтеза // Нелинейный мир. 2021. Т. 19. №2. С. 43-47. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700970-202102-10

1. Wu Y., Jenkins K.A., Valdes-Garcia A., Farmer D.B., Zhu Y., Bol A.A., et al. State-of-the-art graphene high-frequency electronics // Nano Letters. 2012. V. 12. № 6. Р. 3062−3067.
2. Bonaccorso F., Lombardo A., Hasan T., Sun Z., Colombo L., Ferrari A.C. Production and processing of graphene and 2d crystals // Materials Today. 2012. V. 15. № 12. Р. 564–589.
3. Randviir E.P., Brownson D.A.C., Banks C.E. A decade of graphene research: Production, applications and outlook // Materials Today. 2014. V. 17. № 9. Р. 426-432.
4. Peng Z., Yan Z., Sun Z., Tour J.M. Direct growth of Bilayer graphene on SiO2 substrates by carbon diffusion through nickel // ACS Nano. 2011. V. 5. № 10. Р. 8241-8247.
5. Zheng M., Takei K., Hsia B., Fang H., Zhang X., Ferralis N., et al. Metal-catalyzed crystallization of amorphous carbon to graphene // Applied Physics Letters. 2010. V. 96. № 6. Р. 063110.
6. Xu M., Fujita D., Sagisaka K., Watanabe E., Hanagata N. Production of extended single-layer graphene // ACS Nano. 2011. V. 5. № 2. Р. 1522-1528.
7. Sun Z., Yan Z., Yao J., Beitler E., Zhu Y., Tour J.M. Growth of graphene from solid carbon sources // Nature. 2011. V. 471. № 7336. Р. 124.
8. Luzanov V.A., Kotelyanskii I.M., Shustin E.G. Single-domain nickel films for production of graphene // Journal of Communications Technology and Electronics. 2017. V. 62. № 7. Р. 820-821.
9. Ismach A., Chou H., Ferrer D.A., Wu Y., McDonnell S., Floresca H.C., et al. Toward the controlled synthesis of hexagonal boron nitride films // ACS Nano. 2012. V. 6. № 7. Р. 6378-6385.
10. Baraton L., He Z.B., Lee C.S., Cojocaru C.S., Chtelet M., Maurice J.-L., et al. On the mechanisms of precipitation of graphene on nickel thin films // EPL 2011. V. 96. № 4. Р. 46003.
11. Sorokin I.A., Kolodko D.V., Shustin E.G. Synthesis of nano-crystalline graphite films in hollow cathode discharge // Technical Physics. 2018. V. 63. № 8. Р. 1157-1159.
12. Lahiri J., Miller T.S., Ross A.J., Adamska L., Oleynik I.I., Batzill M. Graphene growth and stability at nickel surfaces // New Journal of Physics. 2011. № 13. Р. 025001.
13. Fomin L.A., Malikov I.V., Vinnichenko V.Y., Kalach K.M., Pyatkin S.V., Mikhailov G.M. Investigating the surface morphology and magnetic contrast of epitaxial ferromagnetic structures // Journal of Surface Investigation. 2008. V. 2. № 1. Р. 104-109.