Üheainsa aatomikihi paksune grafeen, mille moodustavad kuusnurkses võres olevad süsinikuaatomid ja mida loetakse hetkel kõige potentsiaalsemaks järglaseks ränile tuleviku nanoelektroonikas, on olnud viimastel aastatel ehk enim uuritud materjal. Materjaliteaduses valitsenud “grafeenibuumile” andis läinud aastal veelgi hoogu juurde 2010. aasta Nobeli füüsikapreemia, mis läks Manchesteri Ülikooli füüsikutele Andre Geimile ja Konstantin Novosjolovile, kes viisid veidi rohkem kui 5 aastat tagasi läbi murrangulised eksperimendid selle 2-dimensionaalse materjaliga (vt Horisont 6/2010). Alates 2008. aastast on grafeeniga tegeldud ka Tartu Ülikooli Füüsika Instituudis, kus on uuritud võimalusi, kuidas katta grafeeni keemiliselt inertne pind üliõhukese, ideaalis vaid mõne nanomeetri paksuse ning samas pideva ja ühtlase paksusega isolaatorkihiga, mis oleks kindlasti vajalik grafeenil põhinevate nanoelektrooniliste seadmete valmistamiseks (vt Horisont 6/2009). Nendest eksperimentidest ilmus hiljuti Tartu materjaliteadlastelt ülevaateartikkel ”Atomic layer deposition of high-k oxides on graphene” [1], kus on üritatud anda pilt nii enda kui ka teiste uurimisrühmade saavutustest sellel alal.
Grafeeni katmiseks õhukese isolaatorkihiga võib kasutada erinevaid meetodeid, kuid üks perpektiivikamaid neist on aatomkihtsadestamine (ingl Atomic Layer Deposition, ALD), millega Tartus on tegeldud juba rohkem kui paar aastakümmet. Et saada õhukest heade dielektriliste omadustega kattekihti, kasutati kahetemperatuurset kasvatusprotsessi. Näiteks kvaliteetse HfO2-kihi jaoks sünteesiti kõigepealt suhteliselt madalal temperatuuril (170-180oC) grafeeni pinnale umbes 1 nm paksune nakkekiht, mille peale kõrgemal temperatuuril (300oC) sünteesiti ülejäänud dielektrikkiht paksusega 10-30 nm. Nendel tingimustel sadestus HfO2 grafeenile sama hästi kui ränioksiidile (vt joonis). Nagu näitasid võetud Raman-spektrid, ei tekitanud selline sadestamismeetod grafeenis täiendavaid defekte. Koostöös Aalto Ülikooli Külmalaboriga uuriti ka HfO2-kihi mõju grafeeni laengukandjate liikuvusele ”Atomic layer deposition of HfO2 on graphene from HfCl4 and H2O”, [2].
Joonis. Vasakul, aatomjõumikroskoobi pilt ränidioksiidil asuva grafeeninäidise servast. Nii grafeeni (heledam osa vasakul all) kui ka ränidioksiidi pind (paremal ülal) on kaetud ühtlase HfO2-kihiga. Paremal, grafeeni ja ränidioksiidi kõrguseprofiilide vahe (~0.8 nm) on jäänud samaks ka peale grafeeni dielektrikuga katmist kahetemperatuurses sadestusprotsessis.
Ülevaate grafeeniuuringutest Tartu Ülikoolis kirjutas Dr.Harry Alles
Leave a Reply