• Arhiiv
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teaduslaagrid
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Eestist endast
    • Arvamus
    • Teated
    • Persoon
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • Eesti Füüsika Selts
    • Teadusbuss
    • Füüsika, keemia ja bioloogia õpikojad
    • Füüsika e-õpikud
    • Eesti Füüsika Seltsi põhikiri
  • Füüsikaõpetajate osakond
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
  • Füüsikaüliõpilaste Selts
  • Kontakt

Grafeenkilede tootmisprobleemi ületamine

9.04.2010 by Stiina Kristal Leave a Comment

Grafeen on potentsiaalne tuleviku elektroonikatööstuse superstaar. Tänu ebatavaliselt hästi liikuvatele elektronidele, mis suudavad materjali läbida pea valguse kiirusel – 100 korda kiiremini kui elektronid läbivad räni – saaks grafeeni kasutada ülikiiretes transistorites või arvuti mälukiipides.  Grafeeni ebatavaline meekärje sarnane struktuur on väga painduv ning mehaaniliselt vastupidav, samuti on sel unikaalsed optilised omadused, mis teevad selle kasutatavaks suures hulgas seadmetes nii elektroonikas kui fotoonikas. Kuid ükski probleemidest, mis takistab grafeeni saamast üheks kõrgtehnoloogilistest materjalidest, pole nii oluline kui õppida seda valmistama hea kvaliteediga ning suurtes kogustes.

(a) Optiline pilt CVD grafeenkilest 450 nanomeetri paksusel vasekihil kujutab metallil olevaid sõrmekujulisi moodustisi. (b) Raman 2D spektraalkujutis metalli ,,sõrmede'' vahel olevast grafeenkilest vasakul pildil esile toodud alal. Pilt: Yuegang Zhang

(a) Optiline pilt CVD grafeenkilest 450 nanomeetri paksusel vasekihil kujutab metallil olevaid sõrmekujulisi moodustisi. (b) Raman 2D spektraalkujutis metalli ,,sõrmede'' vahel olevast grafeenkilest vasakul pildil esile toodud alal. Pilt: Yuegang Zhang

,,Enne, kui grafeeni ülihäid elektroonilisi omadusi seadmetes rakendada võimalik on, tuleb välja töötada meetod mittejuhtivale substraadile kinnitunud homogeense struktuuriga grafeenkilede valmistamiseks,” ütles Yuegang Zhang, materjaliteadlane Lawrence Berkeley National Laboratory‘st. Praegused tootmismeetodid, mis põhinevad mehaanilisel kraapimisel(grafiidilt kraabitakse maha kiht aatomeid – grafeen, toim.) või ülikõrgel vaakum karastamisel on siiski tööstusliku tootmise jaoks ebasobivad. Lahusepõhisel sadestusmeetodil ning keemilisel redutseerimisel saadud grafeenkiled on halva või ebaühtlase kvaliteediga.

Zhang ning kollegid Berkeley Lab Molecular Foundry’st on teinud suure sammu selle probleemi ületamise suunas. Nad kasutasid edukalt ühekihiliste grafeenkilede valmistamiseks dielektrilisele substraadile otsest keemilist aursadestusmeetodit(chemical vapor deposition ehk CVD). Tulemusena vasekihi tükid eraldusid loikude või tilkadena ning aurustusid seejärel. Lõpptulemuseks oli ühekihiline grafeenkile dielektrikul.

,,See on elektrooniliste rakenduste vaatepunktist oluline edusamm, sest CVD on praegu juba pooljuhttööstuses laialdaselt kasutatav,” sõnas Zhang. ,,Samuti on meil võimalik saada uusi teadmisi grafeeni kasvatamisest metall-katalüsaator pindadele jälgides selleks kihtide arengut pärast vase aurustumist. See paneb tugeva aluse protsessi edasisele kontrollimisele ning laseb meil kile omadusi kohandada või valmistada soovitud vorme, näiteks grafeen nanoribasid.”

Zhangi ja kolleegide artikkel pealkirjaga “Direct Chemical Vapor of Graphene on Dielectric Surfaces” ilmus ajakirjas Nano Letters. Artikli kaasautoriteks olid Ariel Ismach, Clara Druzgalski, Samuel Penwell, Maxwell Zheng, Ali Javey ning Jeffrey Bokor, kõik Berkeley Laboratooriumist.

Oma uurimuses kasutasid teadlased vaskkilede(paksusega 100-450 nanomeetrit) sadestamiseks elektronkiiraurustamist. Vask valiti seetõttu, et madala süsiniklahustuvusega metallkatalüsaatorina eeldati protsessis paremat kontrolli valmistatavate grafeenkihtide arvu üle. Katsetati erinevaid dielektrilisi substraate, kaasa arvatud ühekristallilist kvartsi, safiiri, ränidioksiidi ning ränioksiidist toorikkristalli. Grafeeni CVD viidi läbi 1000 kraadi Celsiuse juures ning protsess kestis 15 minutist kuni 7 tunnini.

,,Tegime nii, et saaksime uurida kile paksuse erinevat mõju, substraadi tüüpi ning CVD kasvuaega grafeeni valmistamisel,” seletas Zhang.

Kombinatsioon skaneerivast Raman’i kujutamisest ja spektroskoopiast, lisaks skaneeriv elektron- ja aatomjõumikroskoopia lubas kinnitada pideva ühekihilise grafeenkilest katte olemasolu dielektrilise substraadi metallivabadel aladel laiusega kümneid ruutmikromeetreid.

Grafeenkile valmistamiseks (a) aurustati õhuke kiht vaske dielektrilisele pinnale; (b) CVD abil sadestati grafeenkiht vasele; (c) vask eraldub ning aurustub; (d) järele jääb grafeenkile, mis kinnitub otse dielektrilisele substraadile. Pilt: Yuegang Zhang

Grafeenkile valmistamiseks (a) aurustati õhuke kiht vaske dielektrilisele pinnale; (b) CVD abil sadestati grafeenkiht vasele; (c) vask eraldub ning aurustub; (d) järele jääb grafeenkile, mis kinnitub otse dielektrilisele substraadile. Pilt: Yuegang Zhang

,,Edasised edusammud vase eraldumise ning aurustumise kontrolli üle võivad viia grafeeni sadestamiseni alusele meile sobiva paigutusega elektrooniliste seadmete suureskaalalisel tootmisel. Seda meetodit on võimalik ka üldistada ning kasutada teiste kahemõõtmeliste materjalide, näiteks boornitriidi, sadestamiseks,” lisas Zhang.

Isegi vagude ilmumine grafeenkilel kohtadesse, kust vask eraldunud oli, võib pikas perspektiivis kasulikuks osutuda. Kuigi eelnevad uurimustööd on väljendanud arvamust, et vagudel grafeenkiles on negatiivne mõju selle elektroonilistele omadustele, sest tekkivad moonded vähendavad elektronide liikuvust, arvab Zhang, et vagusid on võimalik pöörata meie kasuks.

,,Kui me õpime kontrollima vagude tekkimist kiledes peaksime olema suutelised muutma tekkivaid moonutusi ning seeläbi kohandama grafeenkile elektroonilisi omadusi,” lisab ta. ,,Vagude tekkimise edasine uurimine võib meile anda ka olulisi uusi vihjeid grafeen-nanoribade moodustumisest.”

Allikas: physorg.com

Loe lisaks:

Artikkel lehel physorg.com: http://www.physorg.com/news189954890.html

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Esimene grafeenkõlar seljatab konkurentsi
  2. Veelgi huvitavam grafeen
  3. Nanoväänded: muudetava funktsionaalsusega grafeen-nanomaterjalid
  4. Uus valmistusmeetod tekitab grafeenis keelutsooni
  5. Grafeeni abil saab vedelikest arseeni eraldada
  6. Mitmekihiline grafeen püsib jahedana
  7. Grafeentransistorid nanoseadmetes
  8. Grafeen: milleks on konarused kasulikud
  9. Uued teadmised grafeeni-metalli vastastikmõjudest
  10. Edusammud grafeeni masstootmise suunas

Filed Under: Rakenduslik teadus, Teadusuudised Tagged With: Grafeen&Grafaan

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Copyright © 2023 · Eesti Füüsika Selts · Log in