Компанией AIXTRON успешно разработаны и внедряются две ключевые технологии получения графена: химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и высокотемпературная сублимация.
Химическое осаждение из паровой фазы с использованием углеродных реагентов является одним из наиболее обещающих методов для реализации контролируемого осаждения графена на большой площади при низкой себестоимости. Система Black Magic производства AIXTRON идеально подходит для этого - основанная на масштабируемой концепции showerhead, она содержит нижний и верхний малоинерционные нагреватели, автоматическое регулирование температуры поверхностис помощью ИК пирометрии и возможность использования плазмы. Гибкость системы AIXTRON привлекла внимание как исследователей, так и производителей, и на сегодняшний момент компания уже поставила системы для выращивания графена на подложках размером от 50 до 300 мм. Система 300 мм оборудуется встроенным автоматизированным роботом-загрузчиком и многоподложечным шлюзом, что позволяет достичь высокого уровня производительности.
Что такое графен?
Графен представляет собой монослой атомов углерода, упорядоченных в гексагональную решетку. Мы привыкли иметь дело с графитом, используемым при производстве карандашных стержней, батареек, смазочных материалов и т.д., который представляет собой не что иное как сложенные вместе пластинки графена. Термин графен, образованный из слова графит и суффикса -ен, был предложен Хансом Петером Бемом, впервые описавшим моноатомные слои углерода в 1962 году.
Своими уникальными свойствами графен обязан тому факту, что он является двумерным материалом, представляющим собой слой всего в один атом. Много лет графен оставался только теоретической концепцией, которая изучалась на бумаге. Прорыв произошел в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского Университета успешно получили одноатомные слои графена путем многократного прикладывания клейкой ленты к поверхности графита и последующего перенесения его на другую поверхность! Они доказали существование графена и перешли к демонстрации некоторых его уникальных двумерных электронных свойств. После этого последовали интенсивные исследования в области выращивания и применения графена, опубликованные в более чем 3000 научных работ. Андрей Гейм и Константин Новоселов были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году.
В чем заключаются важные свойства графена
В отличие других полупроводниковых материалов, графен по сути является полуметаллом или полупроводником с нулевой запрещенной зоной. Формируя графеновые наноленты путем подбора ориентации и ширины графена или используя определенные полевые структуры, запрещенная зона может быть открыта. Носители заряда в графене «не имеют массы» и ведут себя во многом схоже с фотонами, частицами света. Поэтому графен обладает чрезвычайно высокой подвижностью электронов и следовательно может с успехом применяться в высокоскоростных транзисторах. Графен прозрачен, каждый слой поглощает ~2.3 % света. Благодаря своей двумерной структуре это материал обладает такими свойствами, как дробление заряда и дробный квантовый эффект Холла, что потенциально делает его полезным в квантовых компьютерах и спинтронике.
И, хотя графен имеет толщину всего лишь в один монослой, он является очень гибким и самым прочным из исследуемых наноматериалов, обладающим прочностью на разрыв в 200 раз выше стали.
Где графен может использоваться?
Чрезвычайно высокая подвижность электронов графена может использоваться в высокочастотных транзисторах, последние исследования продемонстрировали ВЧ транзисторы на основе графена с предельной частотой выше 100 ГГц. Более того, благодаря своей прозрачности и высокой проводимости, графен также может использоваться в дисплеях, сенсорных панелях, органических светодиодах и солнечных элементах. Гибкость графена также открывает новые возможности в производстве гибкой электроники. Другие потенциальные применения графена включают в себя сенсоры и электроды для суперконденсаторов.
