Оксидный щит графена
Графен знаменит своими приложениями в микроэлектронике. Однако этот двумерный слой атомов графита довольно легко разрушить, например, механически. Для защиты его тонких слоев и активных поверхностей от внешних воздействий технологи применяют так назывемую пленочную пассивацию.
Австралийские ученые под руководством доктора Мэтью Геберта (Matthew Gebert) из университета Монаша предложили пассивировать графен очень тонкой пленкой оксида галлия со структурой стекла. Пленки Ga2O3 толщиной всего в сотню атомных слоев наносили на графен. Причем сам способ нанесения был интересным: слой графена, лежащего поверх окисленной подложки кремния, аккуратно прикладывали к поверхности жидкого галлия, на которой всегда присутствует оксидная пленка. Так удалось покрыть ею около квадратного сантиметра графена. Прежде диэлектрические материалы, к примеру оксиды металлов или оксинитрид кремния, наносили на графен с помощью сложных процессов, включающих ионную бомбардировку.
Материаловеды отработали простые технологии обращения с галлием, который плавится при температуре чуть выше комнатной (30°C). Они очень дешевы по сравнению с обычными способами получения пленок. Эксперименты показали, что плазменное нанесение других оксидов, например Al2O3, поверх графена разрушает его лишь там, где он не был защищен оксидом галлия. Простота процесса пассивации дает возможность встроить его в современные технологии производства электронных приборов.
Интересно, что оксид галлия не только защищает пленку графена, но и улучшает ее электронные характеристики, поскольку обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Это означает, что электроизолирующие слои приборов можно сделать очень тонкими, а сами приборы — миниатюрными и экономными. Изоляторы с малыми токами утечки позволят получить высококачественные транзисторы.
Неожиданно выяснилось, что при температуре ниже –53°С у пассивированных оксидом галлия графеновых слоев уменьшилось электросопротивление и увеличилась подвижность электронов. Физики установили, что явление, ранее на графене не наблюдавшееся, связано со снижением потока тепла от него к окружающим пленкам. Работа появилась в декабре в журнале Nano Letters. (Nano Letters, 2022)