Предложен новый метод легирования графена

Учёные из Германии и Швейцарии нашли надёжный метод акцепторного легирования графена с помощью доступного органического соединения.

Основной задачей зарождающейся графеновой электроники остаётся разработка эффективных промышленных способов получения углеродного материала. Одним из наиболее перспективных вариантов считается термическое разложение подложки из карбида кремния SiC. При взаимодействии с SiC графен, однако, получает «естественное» донорное легирование; результатом этого становится сдвиг так называемой точки Дирака (точки соприкосновения зоны проводимости и валентной зоны) примерно на 300 мэВ вниз от уровня Ферми.

compulenta-dirac_cone.jpgРасположение точки Дирака и уровня Ферми в свободном графене и схематическое представление слоя F4-TCNQ (иллюстрация Алана Стоунбрейкера (слева) и авторов работы).

Известно, что электронная структура такого графена может изменяться при адсорбции атомов или молекул, и физики уже пытались вернуть ему свойства находящегося в свободном состоянии материала, используя диоксид азота и атомы висмута и золота. Эти эксперименты доказали действенность метода: точку Дирака удалось сместить.

Но предложенные способы были не очень технологичными. Диоксид азота высокотоксичен, а висмут и сурьма не сдвигали точку Дирака к уровню Ферми, а лишь приближали к нему на 150 мэВ. После обработки золотом точка, напротив, располагалась на 100 мэВ выше уровня.

Авторы рассматриваемой работы предлагают компенсировать донорное легирование с помощью 2,3,5,6-тетрафтор-7,7,8,8-тетрацианохинодиметана (F4-TCNQ) — соединения, которое уже использовалось в качестве акцептора электронов в органических светодиодах. Результаты наблюдений по современной методике фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением свидетельствуют о том, что плёнка F4-TCNQ толщиной 0,8 нм позволяет совместить точку Дирака с уровнем Ферми. Перенос заряда проходит в области контакта графена и F4-TCNQ, поэтому дальнейшее увеличение толщины слоя не приводит к видимым изменениям.

Органические плёнки оказались весьма устойчивыми: нагревание образца до 75 ˚C, к примеру, никак не повлияло на положение точки Дирака. Важным преимуществом методики учёные считают и то, что для нанесения органического слоя образец достаточно поместить в раствор F4-TCNQ в диметилсульфоксиде (альтернативой этому служит сравнительно сложный процесс осаждения из паровой фазы в высоковакуумной камере).

Отчёт исследователей опубликован в журнале "Physical Review B"":http://prb.aps.org/…/i23/e235401; полный текст статьи можно скачать отсюда.

Подготовлено по материалам Американского физического общества.

Текст: Дмитрий Сафин

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

Компьюлента