Электронные и фононные свойства функционализированного донорными и акцепторными примесями графена на подложках

В современной кремниевой наноэлектронике увеличение объема и скорости обрабатываемой информации достигается, прежде всего, за счет уменьшения физических размеров транзисторной структуры, которое в настоящее время приблизилось к своему пределу (3-5 нм). Кроме того, в ряде приложений, включающих добывающую, оборонную и космическую промышленность, необходимы электронные устройства, способные работать при высоких температурах (до 300-500 °C), при которых современные устройства на основе кремниевых технологий выходят из строя. Это делает задачу поиска новых электронных материалов и наноструктур на их основе весьма актуальной. Одним из таких новых материалов является графен, который вызывает пристальный интерес мирового научного сообщества, будучи перспективным для создания на его основе электронных устройств нового поколения благодаря ряду уникальных свойств графена, таких как высокая электропроводность (более 1700 См/м), рекордная подвижность носителей заряда (2∙105 см2/В∙с при комнатной температуре), оптическая прозрачность (97,7%), высокая механическая жесткость (~ 1 ТПа), рекордно высокая теплопроводность (5·103 Вт/м·К), и высокая предельная плотность тока, превышающая таковую для меди. В то же время, графен является полупроводником с нулевой шириной запрещенной зоны, что на сегодняшний день ограничивает его применение в нано- и оптоэлектронике. Создание запрещенной зоны в графене посредством его функционализации атомами кислорода, азота, фтора, а также управление ее шириной и знаком носителей заряда позволит контролировать их электрическую и оптическую проводимость, что откроет возможность создания новых типов двумерных функциональных элементов для приборов опто- и наноэлектроники. На электронный и фононный транспорт в графене сильное влияние оказывает фононный ангармонизм, что актуализирует изучение последнего в связи с такими важными проблемами наноэлектроники, как повышение электропроводности и отвод тепла от функциональных элементов устройств, а также с прикладными задачами, такими как определение теплопроводности графена. В то же время, для приложений наноэлектроники требуются графеновые слои на подложках, которые, в свою очередь, модифицируют фононную дисперсию материала за счет дополнительного фононного рассеяния на интерфейсе графен-подложка, обмена фононами через данный интерфейс и электростатического легирования графена. Кроме того, для двумерных материалов характерна высокая чувствительность к легирующим адсорбатам, вызывающим изменение свойств материала даже при воздействии воздушной среды. Таким образом, исследование электронных и фононных свойств графена на подложках, исходного и функционализированного атомами кислорода, азота, фтора, в диапазоне температур от комнатной до 500 °C, а также установление взаимосвязи между изначальным и атмосферным легированием графена будет способствовать как расширению существующих перспектив его применения в качестве базы опто- и наноэлектроники, так и развитию новых приложений данного материала, включающих рассчитанные на экстремальные условия устройства аэрокосмической, добывающей и оборонной промышленности.