Техника - молодёжи 2008-08, страница 9

www.tm_-magazin.ru _

...с неожиданными особенностями

Как дефекты графенового листа влияют на характеристики движения электронов в нём? Этот вопрос поставили перед собой учёные из Национального института стандартов и технологий и Технологического университета Джорджии.

Графен является так называемым баллистическим проводником: отдельные электроны движутся по листу подобно фотонам, летящим сквозь вакуум, - не испытывая соударений с атомами кристалла. Однако дефекты кристалла могут вызывать отражение или рассеяние электронов, что эквивалентно появлению электрического сопротивления. Поэтому важно знать, какие дефекты и в какой степени могут вызывать такие процессы.

Учёные вырастили слои графена на подложках карбида кремния и исследовали их с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Таким образом удалось одновременно определять наличие тех или иных особенностей поверхности и «фотографировать» картину интерференции, возникающей из-за рассеяния электронов.

Сравнение топографических изображений СТМ с данными спектроскопии по электронной интерференции показало наличие ярко выраженных интерференционных картин в районе атомарных дефектов (красная стрелка) и лишь слабых изменений - в области более крупномасштабных изгибов структуры (синяя стрелка). Размер области на рисунке составляет около 40x40 нм.

Такой результат оказался неожиданным. Возникновение горбов и впадин на листе графена обусловлено неровностями подложки, на которой он выращивается. И эти неровности, сравнительно большие, лишь незначительно влияют на движение электронов. А вот вакансии (отсутствующие атомы) в решётке вызывают сильное рассеяние: интерференционная картина вокруг них напоминает волны, разбивающиеся об колонны пирса. Детально проанализировав данные, учёные пришли к выводу, что электроны в графене действительно ведут себя подобно фотонам в вакууме -даже на нанометровом масштабе.

...из него делают элементы наноэлектроники

Графен не только исследуют как материал; уже достигнуты первые успехи в конструировании элементов вычислительных устройств с его использованием.

Группа американских учёных создала полевой транзистор на основе узкой полоски графена и исследовала его поведение. Узкой - потому что ширина запрещённой зоны в монослое углерода зависит от ширины этого слоя, так что для создания устройств, способных работать при комнатной температуре, необходимы полоски с поперечным размером менее 10 нм.

Получив такой транзистор, учёные сравнили его поведение с транзистором на основе углеродных нанотрубок (УНТ) и с транзистором на широкой полоске графена. Оказалось, что слой углерода шириной около 60 нм ведёт себя фактически как металл, тогда как транзистор с узкой полоской

Схематическое изображение полевого транзистора на основе графеновой полоски

Схематическое изображение полевого транзистора на основе графеновой полоски

графена работает примерно так же, как и аналогичный кремниевый прибор.

Была измерена длина свободного пробега носителей заряда и, кроме того, проведено моделирование выходных характеристик транзисторов подобного рода. Оказалось, что паразитное сопротивление в таком устройстве составляет около 60 кОм, а подвижность носителей заряда меняется достаточно сильно при небольшом изменении ширины слоя графена. Сравнение же с транзистором на УНТ продемонстрировало схожесть характеристик, что говорит о возможной в будущем конкуренции между этими двумя классами наноэлектронных устройств.

...и даже уже учатся улучшать их характеристики

Одна из проблем использования наноустройств: чем меньше размеры электронного элемента, тем интенсивнее он «шумит», то есть генерирует неуправляемый сигнал, являющийся помехой по отношению к сигналу полезному. На наноуровне эта зависимость, известная как закон Хуга, приводит к тому, что генерируемый шум может превосходить по амплитуде полезный сигнал.

В начале марта исследователи компании IBM сообщили о том, что ими найден способ подавления паразитных сигналов в полупроводниковых элементах на основе полосок графена шириной всего в несколько атомов.

Сначала был сделан транзистор из одной полоски, и измерения на нём дали те результаты, которые и ожидались в соответствии с законом Хуга. А потом изготовили подобный прибор, но с двумя полосками графена, расположенными друг над другом. И в экспериментах с ним зафиксировали многократное снижение уровня электронного шума.

По словам учёных, шум подавляется благодаря сильной электрической связи между двумя слоями графена, которая нейтрализует влияние источников помех. Подчёркивается, что в настоящий момент речь не идёт о непосредственном промышленном применении результатов исследования, но можно говорить о появлении перспективной технологии двухслойных графеновых лент в создании полупроводниковых комплектующих для электронных устройств.

По информации с сайтов www.rusnano.com, www.nanometer.ru, www.lenta.ru,www.nanonewsnet.ru, www.3dnews.ru, Nanowerk, federico.munoz.googlepages.com, cnst.nist.gov, picasaweb.google.com