Сотрудники Технологического института Джорджии (США) сумели реализовать в несложном технологическом процессе и акцепторное, и донорное легирование больших областей графена.

Измерение характеристик образца графена (фото Гэри Мика).

Образцы графена толщиной от одного до четырех слоев авторы отделяли от кусков графита с помощью скотча и помещали их на подложку из оксидированного кремния. Затем на материал наносилась пленка водород-силсесквиоксана_1,5), после чего на выбранные области графена воздействовали пучком электронов. «Мы варьировали время обработки и наблюдали за тем, как изменяются свойства материала, — рассказывает один из авторов работы Рагхунатх Мурали (Raghunath Murali). — Диаметр электронного пучка можно уменьшить до 4–5 нм и точно контролировать распределение примеси». (HSiO

Как выяснилось, тип получаемого легирования определяется временем экспонирования: при длительном облучении реализуется акцепторное легирование, при более коротком — донорное. Механизм этого процесса достаточно необычен; примесные атомы водорода и кислорода не замещают атомы углерода, а располагаются поверх решетки. «Под влиянием электронного пучка кислород и водород высвобождаются и связываются с углеродной решеткой, — поясняет г-н Мурали. — Продолжительное воздействие изменяет всю структуру водород-силсесквиоксана, число атомов кислорода превышает количество атомов водорода, и вы получаете акцепторное легирование». При соответствующем пассивировании (защите от загрязнения) графена примесь должна сохраняться неограниченно долго.

До настоящего момента методик донорного и акцепторного легирования графена с использованием одного легирующего вещества, как утверждают авторы, не существовало. Технологию можно легко модифицировать, пользуясь стандартным литографическим оборудованием и задавая интенсивность излучения, достигающего поверхности графена, с помощью маски.

В будущем ученые планируют провести эксперименты с другими полимерами, которые, возможно, покажут даже более убедительные результаты, чем водород-силсесквиоксан.

Полная версия отчета опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Подготовлено по материалам Технологического института Джорджии.