Получение и свойства графитных пленок нанометровой толщины (1104462), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Наблюдение за степенью разрушения структуры исследуемыхобразцов проводилось после каждого этапа травления с помощьюоптического микроскопа и КРС спектроскопии. Контроль за изменениемтолщины графитных плёнок осуществлялся с помощью профилометра. Порезультатам электрофизических измерений было установлено, что вплотьдо момента полного разрушения пленки наблюдается увеличениеподвижности носителей заряда, что является прямым следствиемуменьшения её толщины.Такжебылопроведёноисследованиеэлектрофизическиххарактеристик нанографитных плёнок при низких температурах.Экспериментосуществлялсянабазепрототипатранзистора,изготовленного из нанографитной плёнки толщиной в 10нм. Подвижностьносителей в данном образце при низких температурах достигала значенийвплоть до 646 см2/В×с, что по порядку величины сопоставимо сиспользуемыми в настоящее время транзисторами на основе кремния.Однако, согласно литературным данным и полученным нами результатам,при такой толщине графитной плёнки невозможно наблюдение модуляциитока (или сопротивления), соответствующей амбиполярному характеруэффектаполя.Амбиполярныйхарактерзависимостибылпродемонстрирован на примере полевых нанотранзисторов, изготовленныхна основе чешуек графена, полученных методом микромеханическогорасщепления образцов нанографитных пленок, HOPG и киш–графита.4x10-73x10-72x10-71x10-7V bg = -30ВV tg , В00,00,51,01,5абРис.
5 (а) Фотография измерительного чипа для исследованияэлектрофизических характеристик полевого нанотранзистора; (б)зависимость тока проводника Isd от напряжения на верхнем затворе Vtg.Разным типом линий нанесены касательные к ветвям дырочной(пунктирнаялиния)иэлектронной(штрихпунктирнаялиния)проводимости, необходимые при расчёте подвижности носителей заряда.17На рис.
5а представлена фотография одного из изготовленныхизмерительных чипов с транзисторной структурой на основе графена,полученного микромеханическим расщеплением графитной пленки.Измерение электрофизических характеристик таких наноустройствпроводились с использованием двух затворов: нижнего, изготовленного пообычной технологии (пластина окисленного кремния) и верхнего в видеалюминиевого электрода со слоем окисла на границе раздела с пленкой.Измерения проводились при температурах около 77К. Напряжение нанижнем затворе удерживалось постоянным и было равно - 30В. Результатыисследований представлены на рис.
5б. Как видно из рисунка зависимостьтока проводника Isd от напряжения на верхнем затворе Vtg содержит чёткийинверсионный пик при значении напряжения на верхнем затворе равном0.5 В, что соответствует сильному эффекту поля. Такая зависимость носитамбиполярный характер и отражает процесс смены основных носителейзаряда при увеличении напряжения приложенного электрического поля, вданном случае дырочная проводимость предшествует электронной.Согласно полученному графику на рис.
5б были рассчитаны значениядля подвижностей носителей заряда. По наклонам соответствующих ветвейграфика видно, что значения для подвижности дырок и электронов должныотличатся друг от друга. Согласно проведенным расчётам были полученыследующие значения для подвижности носителей заряда:µ(дырок) = 5000 см2/В*cµ(электронов) = 2700 см2/В*cТаким образом, было продемонстрировано, что методоммикромеханическогорасщеплениянанографитныхплёнок,синтезированныхплазмохимическимметодом,можнополучитьграфеновые слои и на их основе изготовить полевой нанотранзистор.Данное наноустройство даёт возможность наблюдения сильногоамбиполярного эффекта поля, а свободные носители заряда обладаюттранспортными свойствами, аналогичными тем, которые наблюдаются дляграфеновых слоев, изготовленных из HOPG, киш–графита илинатуральногографита).Полученныерезультатыхарактеризуютисследованные нами нанографитные плёнки, как высокоупорядоченныеграфитные структуры, обладающие прекрасными электрофизическимихарактеристиками, сравнимыми со свойствами графена, получаемого издругих графитных материалов.18Основные результаты работы.1.Разработаныметодыполучениянано-кристаллическихуглеродных пленок, состоящих из материалов преимущественнографитного или алмазного типа, а также из их смеси в различнойпропорции.
Проведен сравнительный анализ полученных нано-углеродныхпленочных материалов различными методами. Установлена взаимосвязьмежду параметрами процесса осаждения и характеристиками пленок.2. Разработан метод получения графитных плёнок нанометровойтолщины с помощью плазмохимического осаждения. Показано, что пленкисинтезированные этим методом на никеле имеют высокую степеньструктурногоупорядочения,соответствующегоквазимонокристаллическому графиту, с базовой кристаллографическойплоскостью (0001), ориентированной вдоль поверхности подложки.3.
Обнаружены топологические особенности нано-графитных пленокв виде системы складок и пузырей на атомарно гладкой поверхности.Предложены механизмы, объясняющие формирование этих особенностей.4.Впервыепроведеносистематическоеисследованиекомбинационного рассеяния света (КРС) в нано-структурированныхграфитных пленках, полученных осаждением из газовой фазы. Показано,что экспериментально наблюдаемые закономерности поведения КРС вэтих материалах соответствуют модели двойного резонанса. Такжепоказана возможность использования методики КРС для диагностикиособенностей электронной и фононной подсистем нано-графитныхматериалов.5. Разработаны методы получения свободных нанографитныхпленок, и методы переноса графитных пленок на различные подложки.6.Проведенокомплексноесравнительноеисследованияструктурного совершенства и электрофизических характеристикграфеновых плёнок, полученных микромеханическим расщеплениемразличныхграфитныхматериалов(нанографитныеплёнки,синтезированные методом плазмохимического осаждения; HOPG, киш –графит и натуральный графит).
Показана возможность наблюденияэффекта поля в тонких нанографитных плёнках и создания полевыхтранзисторов на основе полученных графитных плёнок нанометровойтолщины. Определены электрофизические характеристики изготовленныхполевых транзисторов.19Список публикаций по результатам, представленным в настоящейработе1. Тюрнина А.В., Золотухин А.А., Образцов А.Н. Влияние материалаподложки на осаждение углеродных плёнок из газовой фазы // Письма вЖТФ.
т. 32. 17. с. 1-5 (2006).2. Образцов А.Н., Образцова Е.А., Золотухин А.А., Тюрнина А.В. Эффектдвойного резонанса при комбинационном рассеянии света внанографитных пленках // ЖЭТФ. т. 133. № 3. с. 654-662 (2008).3. Obraztsov A.N., Obraztsova E.A., Tyurnina A.V., Zolotukhin A.A.Chemical vapor deposition of thin graphite films of nanometer thickness //Carbon. v. 45. № 10.
p. 2017-2021 (2007).4. Obraztsov A.N., Tyurnina A.V., Obraztsova E.A., Zolotukhin A.A., Liu B.,Chin K.-C., Wee A.T.S. Raman scattering characterization of CVD graphitefilms // Carbon. v. 46. № 6. p. 963-968 (2008).5. Няпшаев И.А., Титков А.Н., Тюрнина А.В., Образцов А.Н.Структурные особенности углеродных пленок нанометровой толщины,получаемых осаждением из газовой фазы на Ni // ФТТ. т.
51. № 5. c.997-1002 (2009).6. Аполонская И.А., Тюрнина А.В., Копылов П.Г., Образцов А.Н.Термическое окисление детонационного наноалмаза // ВестникМосковского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. № 4. с. 13-18(2009).7. Тюрнина А.В., Серов Д.В., Образцов А.Н. Топология графитныхплёнок нанометровой толщины; Физикохимия поверхности и защитаматериалов. т. 45. № 5. с. 505 – 508 (2009).8. Тюрнина А.В., Аполонская И.А., Кулакова И.И., Копылов П.Г.,Образцов А.Н. Термическая очистка детонационного наноалмаза //Поверхность.Рентгеновские,синхротронныеинейтронныеисследования технической физики. № 1. с.
1 – 7 (2010).20Тезисы докладов и сообщений, опубликованных в материалахнаучных конференций и семинаров1. Тюрнина А.В., Волоков А.П., Золотухин А.А., Образцов А.Н.,Изучение процесса газофазного осаждения углеродных плёнок методомкомбинационного рассеяния света; 4-я международная конференцияУглерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение,технология; Москва, 26-28 октября 2005, с.
201.2. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zolotukhin A.A., Tyurnina A.V., MogarovaA.E., Plasma Assisted CVD of Nano-carbon Film Materials; Int. Conf. onModern Materials and technologies CIMTEC 2006; Acireale, Italy, June 4-92006, p.159.3. Сафонов О.Г., Ширяев А.А., Тюрнина А.В., Рамановскаяспектроскопияхлоридно-карбонатно-силикатныхрасплавов,закаленных при 5 Гпа; Ежегодный семинар по экспериментальнойминералогии, петрологии и геохимии (ЕСЭМПГ-07); Москва, 19-22апреля, c. 69-70.4.
Zolotukhin A.A., Obraztsov A.N., Obraztsova E.A., Tyurnina A.V., Liu B.,Chin K.-C., Wee A.T.S., Effect of Double Resonance Raman Scattering inNano-Graphite CVD Films; Summer School “Synthesis and Characterizationof Carbon Nanotubes and Nanofibers”; Helsinki, Finland, 11-12th August,2008; p. 8.5. Tyurnina A.V., Obraztsova E.A., Zolotukhin A.A., Raman scatteringcharacterization of CVD graphite films; International Workshop"Nanocarbon Photonics and Optoelectronics"; Holiday Centre «Huhmari»,Polvijärvi, Finland, 3 - 9 August, 2008, p. 33.6. Obraztsov A.N., Zolotukhin A.A., Tyurnina A.V., Kopylov P.G.,Nanographite Film Growth and Characterization; MPA-2008: 2ndInternational Meeting on Developments in Materials, Processes andApplications of Nanotechnology; University of Cambridge – UK, RobinsonCollege; 6-8 January, 2008; p.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
