В настоящее время усилия научного сообщества направлены в первую очередь на увеличение размера листов графена, тем самым увеличивая его промышленный потенциал.

Здесь будет уместным вспомнить основные методы получения графена, освоенные к настоящему времени в лабораторной практике:

• пионерский метод механического отслаивания графена,
• восстановление оксида графена,
• эпитаксиальный рост графена на подложке из карбида кремния и
• рост графена на металлической подложке.

Однако только последний метод позволяет получить крупноформатные листы графена, которые можно перенести на другие подложки.

Коллектив исследователей из университета Остина (штат Техас, США) ранее предложил свой метод получения графена на медной подложке методом нанесения метана из газовой фазы (CVD). Теперь же этот коллектив ученых исследовал зависимость скорости роста графена и размера его кристаллитов в зависимости от условий роста – температуры, скорости подачи метана и его парциального давления.

Рис. 1.

На рисунке 1 представлены островки графена, напоминающие по форме звезды, выращенные при различных внешних условиях. Было установлено, что зародыши низкой плотности (а, следовательно, островки большого размера) могут быть получены при высокой температуре, низкой скорости подачи метана и его низком парциальном давлении. Однако в этом случае островки графена растут слишком медленно, и в конце концов их рост может быть не доведен до конца из-за низкого парциального давления метана. Если же изначально производить рост при высоких значениях парциального давления и высокой скорости подачи метана, то плотность зародышей будет заметно выше, что в свою очередь приведет к заметно меньшему размеру островков и к большему числу дефектов между ними. По этим причинам авторы статьи предложили совместить различные условия роста графена – вначале рост производился при высокой температуре и низких значениях парциальном давлении и скорости подачи метана. Затем после образования зародышей парциальное давление и скорость подачи метана были увеличены, что в конечном итоге привело к довольно быстрому образованию крупноразмерных островков, которые образовали законченную структуру (рис.2).

Рис. 2. a) – изображения графена, перенесенного на кремниевую подложку. b) – рамановской образ графена полосы G¹². c) – рамановской образ графена полосы D¹².

В довершение своих исследований авторы статьи сравнили подвижности носителей заряда для графена с различными размерами островков (рис.3). Очевидно, что подвижность заметно выше в случае графена с большим размером островков из-за меньшего числа дефектов. Авторы надеются, что их исследования будут способствовать дальнейшему совершенствованию технологии получения графена. Ведь до сих пор не решены такие технологические проблемы как, например, образование дефектов при переносе графена на другую подложку. Кроме того, авторы обошли своим вниманием влияние поликристаллической структуры медной подложки на структуру выращиваемого на ней графена, исследование которого в дальнейшем может позволить еще лучше контролировать размер слоев графена.

Рис. 3. a) Фотография собранного полевого транзистора для измерения подвижности носителей заряда. b) График зависимости сопротивления канала проводимости полевого транзистора от напряжения затвора. c) Подвижность носителей заряда при разном размере кристаллитов. Черным отмечена подвижность носителей заряда в графене, полученном методом механического отслаивания графена.

По материалам: