Получение и свойства графитных пленок нанометровой толщиныНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. Получение и свойства графитных пленок нанометровой толщины
Результаты этапа: В ходе работ, проведенных в отчетном периоде с помощью разработанных методов были получены мультиграфеновые слои (или графитные пленки пленки нанометровой толщины). Указанные материалы получались в результате конденсации углерода на никеле. Для реализации этого процесса были разработаны соответствующие методики и оборудование для получения нанографитных пленок с помощью газофазного химического осаждения из смеси водорода и метана, активированной разрядом постоянного тока. Для получения информации о процессах, происходящих при осаждении, была разработана методика, основанная на наблюдении спектров оптического излучения плазмы, которая позволяет проводить анализ состава газовой фазы непосредственно в процессе получения пленок. С помощью этой методики было, в частности, установлено, что основной компонентой, ответственной за формирование графена, являются димеры углерода С2, образующиеся при определенных параметрах: ток разряда, состав и давление газовой среды. Также были разработаны методики для травления никелевых подложек и переноса образовавшегося таким образом свободного графена на другие подложки, включая полимерные пленки, стекло, окисленный кремний, металлические сетки и пр. Пленки на подложках и в свободном виде были исследованы методами электронной и зондовой микроскопии, а также с помощью комбинационного рассеяния света. были установлены их основные структурно-морфологические характеристики и их взаимосвязь с параметрами процесса осаждения. В частности были выявлены особенности топологии графеновых пленок в виде складок различной формы и пузырей. Были предложены механизмы, определяющие формирование таких топологических особенностей. Изготовленные образцы графеновых пленок были использованы для предварительных исследований их электрофизических характеристик и фотовольтаических явлений. Полученные результаты указывают на то, что электрофизические характеристики пленок, получаемых разработанным методом аналогичны тем, что наблюдается для графена, получаемого стандартным микромеханическим расщеплением. При этом разработанные методики позволяют получать пленки гораздо больших размеров, что является принципиально важным для их практического использования. Было обнаружено, что полученные графеновые пленки проявляют нелинейно оптические свойства (оптическое просветление). Также в таких пленках был обнаружен фотовольтаический эффект. Детали этих свойств и явлений находятся в настоящее время в стадии исследования.
2 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. Получение и свойства графитных пленок нанометровой толщины
Результаты этапа: В ходе работ было проведено исследование электронной эмиссии из нанографеновых пленочных материалов и зависимости такой эмиссии от температуры. Последнее позволило сделать определенные заключения о механизмах эмиссии и электрофизических характеристиках графеновых материалов. В частности полученные экспериментальные данные указывают на то, что изменение температуры в широком диапазоне значений слабо влияет на работу выхода графеновых наноуглеродных материалов. Обнаруженные изменения в электронной эмиссии могут быть объяснены повышением концентрации свободных носителей заряда с температурой. Другим важным фактором, определяющим электрофизические характеристики графеновых материалов является их структура. Эта зависимость также изучалась с использованием электронной эмиссии. В ходе работ было установлено влияние структурных изменений поверхности нанографеновых материалов под действием сильных полей, ионной бомбардировки и окисления. Полученные данные подтверждают слабую зависимость работы выхода материала от структурных изменений графено-подобного углерода. При этом наблюдаемые изменения электронной эмиссии могут быть связаны с алмазным типом углерода, присутствующего в материале в виде протяженных структурных дефектов. Данные об электрофизических характеристиках нанографитных материалов находятся в согласии с результатами исследования фотогальванических эффектов, которые указывают на чрезвычайно короткие время релаксации фотовозбужденных носителей заряда и сильное электрон-фононное взаимодействие в графене. При этом обнаружен эффект релаксации по типу Оже взаимодействия.
3 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. Получение и свойства графитных пленок нанометровой толщины
Результаты этапа: В ходе проведенных работ были получены новые научные данные о механизме формирования графитных пленочных материалов при осаждении из газовой фазы. Для этого были разработаны методики получения графитных пленок с заданным числом атомных слоев, а также методы отделения графитных пленок от подложек и их перенос на другие подложки с заданными характеристиками; проведено изучение структурно-морфологических характеристиках нано-углеродных материалов и их взаимосвязи с физическими свойствами этих материалов. С использованием образцов, полученных с помощью разработанных методик было проведено исследование электронной эмиссии из нанографеновых пленочных материалов и зависимости такой эмиссии от температуры. Последнее позволило сделать определенные заключения о механизмах эмиссии и электрофизических характеристиках графеновых материалов. В частности полученные экспериментальные данные указывают на то, что изменение температуры в широком диапазоне значений слабо влияет на работу выхода графеновых наноуглеродных материалов. Обнаруженные изменения в электронной эмиссии могут быть объяснены повышением концентрации свободных носителей заряда с температурой. В ходе работ было установлено влияние структурных изменений поверхности нанографеновых материалов под действием сильных полей, ионной бомбардировки и окисления. Полученные данные подтверждают слабую зависимость работы выхода материала от структурных изменений графено-подобного углерода. При этом наблюдаемые изменения электронной эмиссии могут быть связаны с алмазным типом углерода, присутствующего в материале в виде протяженных структурных дефектов. Данные об электрофизических характеристиках нанографитных материалов находятся в согласии с результатами исследования фотогальванических эффектов, которые указывают на чрезвычайно короткие время релаксации фотовозбужденных носителей заряда и сильное электрон-фононное взаимодействие в графене. При этом обнаружен эффект релаксации по типу Оже взаимодействия. Наблюдение за динамикой рентгеновской дифракции в процессе нагрева нанографитных пленок короткими лазерными импульсами позволило определить важную характеристику графеновых материалов – коэффициент теплопроводности вдоль атомного слоя. С учетом полученных данных, а также новых экспериментов по генерации фотовольтаических сигналов в графене, были разработаны и экспериментально продемонстрированы новые методы генерации ультракоротких импульсов тока с помощью импульсного лазерного излучения. На основе созданных методик и полученных научных данных о свойствах графеновых пленок были созданы и исследованы прототипы полевых транзистров. Характеристики полученных приборных структур показали, что электрофизические параметры графеновых пленок, полученных конденсацией углерода из газовой фазы, совпадают с параметрами графена, полученного другими методами. При этом разработанные методы позволяют получать графеновые слои с фактически неограниченной площадью.