Электронные и фононные свойства функционализированного донорными и акцепторными примесями графена на подложках (этап 2, заключительный)

Все поставленные в проекте задачи выполнены. Проект был направлен на 1) газофазный синтез графена, 2) апробацию и оптимизацию различных подходов к переносу графена на заданные подложки, 3) изготовление структур на основе графена с контактными площадками методом фотолитографии, 4) дальнейшее экспериментальное исследование электронных и фононных свойств графена до и после химической функционализации на полученных структурах с применением оптических и электрофизических методов и разработку модельных представлений, описывающих особенности электронного и фононного транспорта в графене на различных подложках в условиях воздействия температуры до 500 °C. На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы: 1) Графен успешно синтезирован методом газофазного осаждения на медной фольге. 2) Образцы графена функционализированы фтором – в процессе термического разложения XeF2; азотом – обработкой графена в атмосфере азотной плазмы с помощью частотного разряда; кислородом – обработкой в плазме в присутствии паров воды. 3) Для переноса графена с медной фольги на заданную подожку были апробированы химический и электрохимический способы. По данным спектроскопии комбинационного рассеяния (КР), оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии разницы в качестве графена после переноса не наблюдается. Электрохимический способ выбран как оптимальный, т.к. позволяет ускорить процедуру переноса с часов до минут. Функционализированный графен переносили на подложку с контактными площадками химическим методом, чтобы избежать электрохимического восстановления азот-, кислород- и фтор содержащих групп с поверхности графена, а также их восстановления водородом, выделяющимся при электролизе в процессе электрохимического переноса. 4) С помощью фотолитографии изготовлены контактные площадки на основе Au (60 нм) с подслоем Cr (5 нм) на подложках SiO2/Si и Al2O3 (0001) с последующим электрохимическим переносом на них графена. Отсутствие различимой линии D в характерных спектрах КР графеновых структур свидетельствует о низкой концентрации дефектов в перенесенном графене. Для изучения установления влияния материала подложки, температуры и легирования атмосферными адсорбатами на электронные и фононные свойства функционализированного графена был выбран фторированный графен. Такой тип обработки продемонстрировал максимальную эффективность с точки зрения появления D моды при сохранении явно выраженной 2D моды. По сравнению с исходным графеном, положения линий G и 2D в случае легированного материала повышены, а соотношение их интенсивностей I2D/IG понижено, что свидетельствует об акцепторном легировании графена. 5) Установлены особенности влияния отжига при температурах до 550 °С на концентрацию избыточных дырок и электрическое сопротивление графена и функционализированного графена на SiO2/Si и Al2O3, которые заключаются в противонаправленном влиянии на данные параметры десорбции акцепторных адсорбатов с поверхности материала и влияния взаимодействия графена с подложкой при его переходе от квазиподвешенного состояния к единой системе «графен-подложка», причём взаимодействие графена с подложкой доминирует. 6) Установлены особенности влияния пропускания электрического тока в диапазоне напряжений от -20 до 20 В на концентрацию избыточных дырок и электрическое сопротивление графена и функционализированного графена на SiO2/Si и Al2O3, которые заключаются в противонаправленном влиянии на данные параметры десорбции акцепторных адсорбатов с поверхности двумерного материала и влияния взаимодействия графена с подложкой, причём влияние взаимодействия графена с подложкой доминирует во всех случаях, кроме функционализированного графена на SiO2/Si, когда вклад десорбции выше. 7) Изменение знака приведённых коэффициентов температурной зависимости электрического сопротивления материала после функционализации независимо от материала подложки свидетельствует о приобретении графеном электропроводности классического полупроводникового типа после его химической модификации. Научная значимость полученных результатов заключается в выявлении механизмов влияния температурных воздействий и воздушной среды на электронные и фононные свойства графена и функционализированного графена на SiO2/Si и Al2O3, а также в установлении влияния функционализации на электронные свойства графена на SiO2/Si и Al2O3. Практическая значимость результатов состоит в установлении влияния материала подложек SiO2/Si и Al2O3 на концентрацию носителей заряда и электрическое сопротивление графена и функционализированного графена, что позволяет управлять данными параметрами простым и недорогим способом – с помощью выбора материала подложки, а также открывает возможности разработки графеновых устройств опто- и наноэлектроники, в том числе рассчитанных на работу в экстремальных условиях.