Полимерные частицы, остающиеся на поверхности графена после его переноса на диэлектрическую подложку, в частности, SiO₂, негативно сказываются на его электронных характеристиках. Но теперь группа исследователей из США предлагает использовать в процессе переноса раствор с более низкой концентрацией полимера.

Как оказалось, это позволяет снизить концентрацию p-примесей в графене. Кроме того, последующая дополнительная обработка поверхности углеродного материала с помощью химического состава, называющегося формамидом, позволяет временно улучшить электронные свойства листа графена. Результаты данной работы помогут в будущем создавать более совершенные электронные устройства из графена.

Рис. 1. Схема улучшения поверхности графена, загрязненной полимером, при помощи формамида.

Химическое осаждение из парообразного состояния – один из наиболее удобных и распространенных методов производства больших по площади образцов графена. Однако, для создания электронных устройств, углеродный материал, осаждаемый на металлическую поверхность (в частности, медь), необходимо перенести на диэлектрическую подложку, к примеру, на SiO₂ или обладающий гексагональной кристаллической решеткой нитрид бора. В ходе этого процесса большинство исследователей используют вспомогательный полимер (полиметилметакрилат) в виде раствора.

К сожалению, после завершения переноса остатки этого полимера практически невозможно полностью удалить с поверхности графена, даже используя специальные растворители, такие как ацетон. Оставшиеся молекулы полимера неизбежно загрязняют графен. Поскольку они работают, как своего рода центры рассеяния для свободных носителей заряда, они существенно снижают их подвижность в материале. А ведь именно это свойство является одной из основных физических характеристик графена, благодаря которым его применение постоянно расширяется.

Чтобы понять, каким образом лучше избавиться от полимерного загрязнения, группа ученых из University of Texas (США) провела исследования этого производственного процесса при трех различных концентрациях вспомогательного вещества. Далее из каждого полученного образца графена был создан полевой транзистор, характеристики которого исследовались с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, атомно-силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния.

Проведенный анализ подтвердил, что

наименьшая доля загрязнений осталась на том фрагменте графена, который создавался при помощи раствора с самой низкой концентрацией полимера.

В рамках дополнительного эксперимента команда поместила созданное устройство в раствор формамида на ночь. Этот процесс имел свое восстановительное воздействие, хотя эффект длился и не долго. На некоторое время обработка поверхности позволила повысить подвижность зарядов в графене при комнатной температуре (на открытом воздухе) почти на 50%.

Ученые считают, что

предложенная ими методика улучшения характеристик графена, содержащего полимерные примеси, поможет компенсировать недостатки производственного процесса, если они смогут предложить способ препятствовать испарению формамида с поверхности устройства.

В ближайшем будущем они планируют проанализировать действие других похожих химических составов, чтобы найти тот, который оптимальным образом восстанавливает подвижность носителей заряда. Впоследствии данная работа, безусловно, поможет улучшить и повысить производительность устройств на основе графена.

Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Nano Letters.