Ученые нашли новый метод выращивания и крепления графена к кремниевой подложке электронных устройств

Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) разработали новый высокоэффективный метод выращивания и закрепления высококачественного графена на поверхности кремния или других жестких материалов. В основу этого метода легла идея, почерпнутая исследователями из живой природы, точно таким же способом некоторые виды жуков и древесных лягушек прочно удерживаются на поверхности гладких и влажных листьев растений.

Напомним нашим читателям, что графен является материалом, имеющим целый ряд уникальных электрических, механических, химических и оптических свойств, что делает его одним из основных кандидатов в качестве материала для электроники будущих поколений. Но до последнего времени не существовала практичного способа выращивания и надежного крепления высококачественной графеновой пленки к элементам полупроводниковых чипов, все, чего удалось добиться ученым — это «островки» графена, размерами в несколько нанометров, которые отслаивались от основания при первом же неблагоприятном внешнем воздействии.

Новый процесс, разработанный сингапурскими учеными, позволит без ограничений начать создавать и использовать графеновые пленки, практически не имеющие дефектов, размеры которых сопоставимы с размерами чипов электронных и фотонных устройств, таких, как транзисторы, элементы сенсорных дисплеев, оптикоэлектронные модуляторы и датчики различных типов.Как и другие технологии выращивания графена, новый процесс предусматривает выращивание углеродной пленки на поверхности медного катализатора, которым покрываются необходимые участки кремниевой подложки. За счет некоторых уловок графеновая пленка, выращиваемая на катализаторе, формируется в виде волнистой поверхности, «пузыри» которой формируют капиллярные «мосты», подобные похожим образованиям на лапках жуков и лягушек, благодаря которым эти живые организмы прочно удерживаются на поверхности абсолютно гладких листьев.

Эти капиллярные мосты позволят графену быть прочно прикрепленным к кремниевой поверхности, что предотвращает его отслаивание, образование трещин и изгибов, даже во время такой операции, как удаление медного катализатора и гравировка полученной многослойной структуры. Для создания капиллярных мостов на этапе предварительной подготовки подложки ее насыщают газом, а образующиеся затем газовые пузыри позволяют разгладить любые изгибы и складки, образующиеся при процедуре удаления медного катализатора.

Новый процесс позволяет выращивать графеновую пленку непосредственно на кремниевых подложках, что позволяет избежать большого количества дефектов и брака, которые возникают при переносе ранее синтезированной графеновой пленки на основание. Такая особенность нового процесса может обеспечить скорое появление новых электронных приборов на основе графена, характеристики которых во много раз превосходят характеристики обычных кремниевых полупроводников. Более того, технология выращивания графена на кремниевой подложке полностью совместима с существующим оборудованием поточного производства электронных чипов, что может существенно облегчить внедрение этой технологии в жизнь. А в настоящее время сингапурские ученые уже ведут переговоры с некоторыми ведущими производителями полупроводниковых приборов с целью совместного внедрения разработанной ими технологии.