Компания CrayoNano AS (Норвегия), учреждённая сотрудниками Норвежского технологического университета, запатентовала и приступила к коммерциализации гибридного материала, который представляет собой нанопроволочки из арсенида галлия (GaAs), выращенные на поверхности графена.

Ожидается, что полупроводниковые материалы, выращенные на графене, произведут переворот в полупроводниковой промышленности и станут основой для нового типа устройств. Технология, которая, возможно, позволит совершить этот прорыв, представлена в журнале Nano Letters.

Рис. 1. Рост нанопроволочек арсенида галлия на поверхности графена начинается с образования шарообразных кластеров Ga (слева), которые затем насыщаются мышьяком. (Иллюстрация CrayoNano AS).

«Новый гибридный материал обладает замечательными оптоэлектронными свойствами, объединяя в себе низкую себестоимость, прозрачность и гибкость», — делится информацией профессор Хельге Веман, работающий в CrayoNano AS главным технологом.

Запатентованный метод выращивания полупроводниковых нанопроволочек на моноатомном слое графена основан на молекулярно-лучевой эпитаксии. Своё достижение авторы рассматривают не в качестве самостоятельного продукта, а как шаблон для разработки новых методов производства полупроводниковых устройств. Ожидается, что первыми на эту технологию перейдут изготовители солнечных батарей и светоизлучающих диодов.

Вот как всё это происходит. Сначала подложка из мономолекулярного слоя графена подвергается бомбардировке атомами галлия, которые адсорбируются на поверхности графена, прямо по центру углеродных шестигранников.

Дальнейшая обработка галлием приводит к росту первичных зародышей с образованием более объёмных наночастиц галлия (атомы одного элемента проявляют высокое сродство друг к другу, что приводит к миграции отдельных атомов галлия в направлении растущей наночастицы). При этом атомы галлия, находящиеся в основаниях частиц, продолжают позиционировать себя строго по центру шестигранников (сама же наночастица покрывает собой площадь в десятки углеродных элементарных ячеек).

Затем в дело вступает второй источник — атомы мышьяка, которые с этого момента бомбардируют графеновую подложку одновременно с атомами галлия. Новые атомы галлия и мышьяка поступают внутрь галлиевых наночастиц, где химически взаимодействуют друг с другом, приводя к росту нанопроволоки с сечением в виде огромного (по сравнению с размерами графеновой ячейки) шестигранника, поднимая над поверхностью графена изначальную наночастицу галлия.

Напомним, что графен занимает умы множества учёных и инженеров. К примеру, IBM и Samsung тратят немалые средства на создание полупроводниковых материалов на основе графена, которые могли бы заменить кремний и найти себя в «гибкой электронике». Что ж, кажется, норвежцам удалось добиться практически применимого прогресса в этой области.

По их словам, разработка прекрасно совместима с уже имеющимся полупроводниковым оборудованием, а отсюда рукой подать до изготовления потребительской электроники самых разнообразных конструкций и типов.

Но первым устройством с большим рыночным потенциалом станет солнечная батарея на нанопроволочках, полагают авторы работы.

На их взгляд, такие солнечные панели будут «эффективными, дешёвыми и гибкими одновременно». Кроме того,

«можно легко представить себе недалёкое будущее, в котором автономные наномашины и объёмные электронные схемы, построенные на основе графена и полупроводящих нанопроволочек, позволят создавать миниатюрную высокоэффективную электронику»…