ИСТИНА

В проекте решались несколько взаимосвязанных задач, относящихся к изучению физико-химических процессов формирования графитных пленок и составляющих их атомных слоев, а также изучению свойств этих пленок и зависимости этих свойств от количества атомных слоев, составляющих пленки. В качестве метода формирования графитных пленок использовалось газофазное осаждение углерода из газовой фазы. При этом процессы формирования изучались в виде зависимостей структурно-морфологических параметров и физических свойств получаемых пленок от состава и давления газовой среды, температуры и материала подложки, длительности осаждения и других параметров. На основе полученных данных проводилась оптимизация процессов осаждения с целью получения пленок с параметрами, требуемыми для изучение электронных и оптоэлектронных явлений. При изучении электронных свойств графитных пленок определялись зависимости знака, концентрации и подвижности носителей заряда от количества атомных слоев, а также от степени структурного упорядочения. Также проводились исследования фотостимулированных электронных явлений в таких графитных пленках.

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.