Исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН научились синтезировать «смятый» графен на кремниевой подложке с помощью лазерно-индуцированного прямого переноса. Такой относительно простой метод может стать заменой трудоемкой литографии, которая используется сегодня. О результатах своей работы ученые сообщили в журнале Nanomaterials.

Сегодня графеновые устройства, несмотря на свою перспективность, не выходят из стен лабораторий. Одна из причин заключается в отсутствии способов манипуляции этим двумерным материалом. Используемые сегодня технологии позволяют формировать объемные электронные компоненты на кремниевой основе, но при использовании графена эффективность таких методов сильно падает. Например, чтобы создать графеновый канал транзистора, нужно использовать комбинацию методов фото- и электронно-лучевой литографии. Это довольно сложный и многостадийный синтез, в результате которого графен деформируется, загрязняется, теряет часть своих электронных свойств. В результате процесса также получается лишний материал, который утилизируется. Такая потеря сырья к тому же повышает стоимость конечного устройства.

Один из альтернативных методов такого синтеза — использование лазерно-индуцированного прямого переноса, или лазерной печати, над которой работают ученые из ИОФ РАН. Созданная ими технология позволит в будущем создавать на выбранной подложке нужный графеновый рисунок без потерь сырья.

«Мы использовали две подложки. Одна выступала в качестве донора, а вторая — в качестве акцептора. Донорная подложка — это кварцевая пластина, на которую с одной стороны нанесен тонкий слой алюминия. На поверхность алюминия мы затем наносили однослойную пленку графена. После этого происходило облучение подложки-донора с помощью эксимерного ультрафиолетового лазера. Пучок лазера мы фокусировали на границе кварца и алюминия, благодаря чему локально нагревали алюминиевый слой, из-за чего он вздувался. Получающийся таким образом пузырь выталкивал расположенный на его поверхности графен в направлении принимающей подложки-акцептора из кремния», — рассказывает старший научный сотрудник Лаборатории лазерной оптики поверхности ИОФ РАН Максим Комленок.

В ходе теста нового материала исследователи располагали две подложки в 50 мкм друг от друга или прямо вплотную. В первом случае графен доходил до кремниевой подложки в виде микрометровых скомканных чешуек, а во втором случае чешуйки оказались более гладкими.

Также исследователи в ходе работы столкнулись с другой проблемой — разрывами на поверхности перенесенного графена. Такие дефекты возникают на границах монокристаллического графена, из которых состоит поликристаллическая графеновая пленка. Чтобы повысить качество переносимого графена, российские ученые теперь стараются получить более крупные кристаллиты и выяснить оптимальные условия лазерной печати материала.