Получение Тонких Пленок Графита На Диэлектрической Подложке С Помощью Гетероэпитаксиального Синтеза

Abstract

Представлены результаты отработки методики получения тонких графитовых пленок на диэлектрической подложке методом отжига структуры Al 2 O 3 (0001)/Ni(111)/ta-C. Методика основана на каталитическом разложении углеводородов на поверхности монокристаллической пленки металла-катализатора на диэлектрической подложке и последующей диффузии и кристаллизации углерода между металлической пленкой и подложкой. После химического травления металлической пленки получается тонкая графитовая пленка с низкой плотностью дефектов кристаллической структуры на диэлектрической подложке.Ключевые слова: графен, гетероэпитаксия, металл-катализатор, синтез, никель, диэлектрическая подложка.Графен из-за его уникальных физико-химических свойств представляет собой перспективный функциональный материал, в частности, для применения в наноэлектронике и фотонике. Наиболее привлекательными свойствами графена являются высокая подвижность носителей заряда, регулируемая ширина запрещенной зоны, высокая электро-и теплопроводность, зависимость электронных характеристик от наличия на поверхности графена присоединенных радикалов различной природы. Основные свойства и приложения -как уже реализованные, так и потенциальные -представлены, например, в обзорах [1-3].Пленки графена обычно получаются методом синтеза при крекинге газообразных углеводородов на поверхности металла-катализатора CVD-или PECVD-способом. В работах [4-8] описан альтернативный метод: синтез графена осуществляется при растворении и диффузии углерода из твердых углеродных или углеводородных покрытий в металле-катализаторе при отжиге и его кристаллизации при остывании. Данный способ имеет явное преимущество, состоящее в том, что графен, получающийся на интерфейсе металл−никель, после химического стравливания металла оказывается на диэлектрической подложке.Настоящая работа продолжает описанные в [8] исследования по разработке способа получения наноразмерных пленок графита (однои многослойного графена) с минимальной плотностью структурных дефектов.Одной из наиболее подходящих поверхностей для осуществления гетероэпитаксиального синтеза графена является поверхность монокристалла никеля (111), имеющая необходимую симметрию кристалла, а также минимальное рассогласование постоянной решетки со структурой монокристалла графена. Для формирования монокристаллических пленок никеля на сапфире мы использовали технологию, описанную ранее в [9].В качестве подложки для получения пленок Ni(111) использовались монокристаллы сапфира (0001) размером 5 × 5 mm. Выбор материала подложки обусловлен близостью постоянных кристаллических решеток сапфира и никеля (0.216 и 0.215 nm соответственно) [10,11], определяющей возможность гетероэпитаксиального синтеза никелевой пленки на сапфире. Также сапфир обладает высокой теплопроводностью (34.6 W/(m · K), что важно в процессах отжига.Гетероэпитаксиальные пленки никеля толщиной 400 nm осаждались на сапфир методом магнетронного распыления. Полученные пленки Ni(111) имеют высокую степень совершенства кристаллической структуры (с полушириной кривой качания < 0.3 • ). Рентге...