После первых сенсационных сообщений в 2004 г. об экспериментальном исследовании графена (монослой графита) [1] к нему сохраняется огромный научный и практический интерес.

Научный интерес вызван совершенно необычной зонной структурой: носители заряда (электроны и дырки) имеют нулевую эффективную массу. Практический интерес вызван тем, что в совершенном графене ожидается огромная подвижность носителей, подобная подвижности в углеродных нанотрубках, т.е. порядка 100 000 см²/В·с при комнатной температуре. Пока, правда, получено 10 000 см²/В·с. Все равно это на порядок выше, чем подвижность носителей в чистом кристаллическом кремнии. Высокая подвижность, в конечном итоге, обуславливает высокое быстродействие приборов, например, транзисторов.

Следует заметить, что привлекательным является не только однослойный истинный графен, но и графен, состоящий из нескольких слоев (FLG). У него, в отличие от истинного графена, уже есть запрещенная зона, как у обычных полупроводников. Наличие запрещенной зоны позволяет сделать ток закрытого состояния полевого транзистора весьма малым, что важно для больших логических схем.

Однако первые структуры из графена были крайне нетехнологичными. Чешуйки графита осаждали на подложку (обычно это был слой оксида кремния на кремнии). Среди них были и однослойные (истинный графен), и двухслойные, и многослойные. Потом их «нашаривали» атомно-силовым микроскопом и наносили сверху металлические электроды. Ясно, что для практических целей такая технология совершенно не годилась. Естественной мечтой стала эпитаксиальная технология: выращивание слоя графена непосредственно на подложке.

Японские исследователи из Tohoku University и CREST совсем недавно добились выдающегося результата [2] в этом направлении. Вообще-то, эпитаксиальным ростом графена на карбиде кремния SiC занимаются с 1995 г. Однако подложки из этого материала неудобны. Предпочтительны кремниевые подложки, которые и используются в современной микроэлектронной промышленности. Компромисс состоит в том, что на кремниевой подложке вначале выращивают слой SiC (т.н. виртуальная подложка), а потом на нем – графен. Единственный тип SiC, который растет на кремнии – это (3С-)SiC. Всего же политипов карбида кремния порядка 200. Авторы выбрали особую ориентацию кремниевой подложки ((110) вместо (111)), чтобы кристаллическая симметрия поверхности согласовывалась с сотовой структурой графена. К сожалению, симметрия хорошая, но рассогласование постоянных решеток составляет 20%. Это приводит к напряжениям, а они, в свою очередь – к дефектам. С помощью некоторых уловок авторам удалось снизить температуру процесса эпитаксии на 200°С и получить рекордно совершенные слои графена, о чем свидетельствует малая ширина пиков на спектрах рамановского рассеяния (рис.).

На рисунке – спектры рамановского рассеяния для графита на SiO₂ (внизу), графена на виртуальной подложке (в середине) и графена на SiO₂ (вверху).

В. Вьюрков

Автор признателен В.И. Рыжию за предоставленный материал.

• 1. K. S. Novoselov et al. Science 306, 666 (2004)
• 2. M. Suemitsu et al. Presented at 14th Int. Conf. Solid Films and Surfaces, Dublin, June 30, 2008 (submitted to e-Journal of Surface Science and Nanotechnology)