Исследователи из Института неорганической химии СО РАН разработали метод превращения поверхности алмаза в проводящий графеновый слой, что открывает новые возможности для углеродной электроники.
Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разработали метод создания проводящего графеноподобного слоя на поверхности алмаза, что открывает новые перспективы для углеродной электроники. В ходе исследований они обнаружили, что при нанесении металлического покрытия и последующем низкотемпературном отжиге поверхность алмаза трансформируется, образуя тонкий и прочно связанный с ним графеновый слой. Этот метод позволяет создавать электронные схемы на алмазной подложке без дополнительных металлических контактных слоев, что упрощает производство и улучшает характеристики устройств.
Алмаз, будучи отличным диэлектриком, устойчив к высоким напряжениям и ионизирующему излучению, а графен обладает высокой электропроводностью. Их комбинация может стать основой для нового поколения электроники, где графеновые дорожки будут передавать сигналы к алмазным полупроводниковым элементам. Однако перенос готового графена на алмазную поверхность не всегда эффективен из-за слабых межматериальных связей. Поэтому ученые предложили альтернативу — локальную графитизацию алмаза с помощью металлического катализа или лазерного воздействия.
В экспериментах использовались поликристаллические алмазные пленки, полученные методом плазмохимического осаждения. На поверхность наносили тонкий слой металла (железа, никеля или молибдена), после чего образец подвергали отжигу в бескислородной среде. Уже при 310 °C начиналось образование графита, а при 500 °C формировался слой толщиной около 2 нм (примерно 8 слоев графена).
«Мы можем нанести тонкий слой металла (несколько нанометров) так, как нам нужно, нагреть (до 700—800 ℃), и получится очень тонкий электропроводящий графеновый слой. На алмазной подложке без дополнительных переходных слоев можно получить готовый электронный элемент, в котором будет совмещено все: изоляционная подложка, полупроводниковый слой и проводящие дорожки. Метод достаточно прост и не требует сложных манипуляций и дорогостоящего оборудования — только нанесение металла и отжиг. При этом проводимость в графитизированном слое будет такой же, как и в графене, а ее характер будет двумерным».
Ольга Седельникова, старший научный сотрудник лаборатории физикохимии наноматериалов ИНХ СО РАН
Еще один эффективный метод — лазерная обработка. Под воздействием импульсного ультрафиолетового лазера верхний слой алмаза мгновенно нагревается и графитизируется, при этом можно создавать сложные схемы с высоким разрешением всего за минуты. Ученые продемонстрировали это, сформировав на алмазной пленке решетки с периодом 200–400 микрон, которые могут работать как оптические фильтры для сверхбыстрого излучения.
Результаты работы опубликованы в журнале Synthetic Metals.