Группа ученых из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и ряда зарубежных вузов разработали промышленную технологию очищения графена, обладающего повышенной устойчивостью к воздействию агрессивных радикалов кислорода. Открытие имеет важнейшее значение для развития наноэлектроники.

Графен представляет собой кристаллическую углеродную пленку толщиной в один атом. Благодаря своим уникальным характеристикам (особые электронные свойства, высокая проводимость, прозрачность для света, способность к механическому растяжению и пр.), графен является очень перспективным материалом, востребованным в наноэлектронике.

При изготовлении различных наноэлектронных устройств на графен наносится полимерное покрытие, которое затем счищается. Остатки полимерного покрытия «загрязняют» графен, уменьшая в нем подвижность носителей заряда. Различные методы очистки (термический отжиг, плазменная очистка, химические растворители) позволяют избавиться от остатков полимера, но при этом ухудшают качества графена. Так, в одном из распространенных методов очистки используется озон, обладающий высокой реактивностью. Однако под действием озона разрушаются не только полимерные остатки, в графене появляются дефекты, приводящие к ухудшению его характеристик.

Ученые из НИЯУ МИФИ смогли получить графен с очень высокой устойчивостью к озонированию с помощью высокотемпературной сублимации карбида кремния (SiC). Полученный графен выдерживает контакт с озоном в течение более десяти минут, в то время как обычный графен при таких условиях теряет свои свойства уже через три-четыре минуты. Результаты исследования опубликованы в престижном научном издании Carbon.

Для дальнейшего изучения явления были привлечены ученые из Греции, Франции и Швеции. С помощью компьютерного моделирования специалистам удалось выяснить причины повышенной устойчивости SiC-графена к воздействию агрессивных радикалов кислорода. Аномальная устойчивость нового графена оказалась связанной с низкой шероховатостью эпитаксиального графена на SiC-подложке (эпитаксия — это закономерное нарастание одного кристаллического материала на поверхности другого).

«Выяснилось, что обычный «шероховатый» графен более уязвим из-за наличия выпуклых областей. Данные участки проявляют более сильную химическую активность к образованию эпоксидальных групп, разрушающих его целостность», — рассказал доцент кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Константин Катин.

«Полученные результаты доказывают, что базисом технологического процесса для производства промышленного графена с улучшенными характеристиками может стать нанофабрикация графена на основе карбида кремния с его последующим озонированием. Озонирование само по себе оказывается эффективным способом очистки графена, полученного любым способом. Единственное ограничение методики очистки связано с возможной шероховатостью графенового листа: он должен быть почти идеально плоским», — пояснил доцент кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ Михаил Маслов.

Открытие ученых ляжет в основу перспективной технологии очистки промышленного графена высокого качества со стабильными электронными характеристиками.