Силицен имеет свои особенности: атомы в его структуре образуют слегка бугристый слой, то есть поверхность не абсолютно плоская. Поэтому получить этот материал простым отшелушиванием слоёв, как графен, нельзя — его можно лишь синтезировать методом эпитаксии. Так называют процесс выращивания монокристаллических слоёв со структурой, полностью повторяющей структуру подложки.
Впервые усадить атомы кремния в правильную гексагональную структуру на подложке из серебра удалось группе физиков из Германии, Италии и Франции под руководством Патрика Фогта из Технического университета Берлина в 2011 году*. Позже появились разные варианты эпитаксиального метода получения силицена, но из-за того, что монослой атомов кремния нестабилен, успешных способов синтеза силицена на настоящий момент известно достаточно мало. При этом материал, синтезируемый этими способами, получается дорогим, так как в существующих технологиях используются редкоземельные металлы, такие как европий и гадолиний.
Недавно сотрудники Санкт-Петербургского университета (СПбГУ) разработали устройство, с помощью которого можно получать более дешёвый силицен, причём с улучшенной кристаллической структурой. Особенность технологии заключается в образовании силицена с увеличенным размером кристаллических доменов, достигающих 100 х 100 нм (обычно их размер не превышает 10 х 10 нм). Домен — это единица материала силицена, то есть фрагмент плёнки с правильной кристаллической структурой. «Для электронных устройств — транзисторов, токопроводящих дорожек — целесообразно иметь домен достаточно большой площади. То есть такой, чтобы в нём можно было уместить целиком всё устройство — вместе с его составными частями и электрическими контактами. А в случае наноразмерных устройств — несколько их сотен или тысяч», — поясняет профессор кафедры электроники твёрдого тела СПбГУ Алексей Сергеевич Комолов.
Уменьшение числа доменов силицена на единице площади даёт также возможность повысить подвижность носителей заряда в материале. Она имеет решающее значение для обеспечения высокой скорости переключения и низкой рассеиваемой (теряемой) мощности, например в высокопроизводительных транзисторах. При переходе границы домена подвижность уменьшается на несколько порядков по сравнению с подвижностью в границах одного домена.
Процесс, предложенный в СПбГУ, основан на термической сублимации, или распылении атомов кремния. Поток атомов направляли на нагретую до 200—300°С подложку из вольфрама, на которую предварительно был нанесён монокристаллический слой серебра. За счёт миграции атомов кремния по поверхности нагретой серебряной подложки на ней формировался слой силицена, а крупные кристаллические домены материала образовывались благодаря особым свойствам структуры серебряной подложки. «Процесс вели на свежеосаждённом слое серебра, в нём ещё не возникли искажения и не адсорбировались примеси (например из воздуха). Ведь весь синтез проводится в одной вакуумной камере... А кристаллическая ориентация силицена задаётся именно структурными параметрами слоя серебра», — подчёркивает Алексей Комолов.
Скорость нанесения силицена в устройстве можно менять — это важно, поскольку скорость осаждения последующих атомов кремния должна быть такой, чтобы нанесённые ранее атомы успевали перераспределиться на поверхности серебряной подложки.
В числе авторов работы Евгений Владимирович Жижин и Дмитрий Александрович Пудиков, сотрудники ресурсного центра «Физические методы исследования поверхности» Научного парка СПбГУ.
По информации пресс-службы СПбГУ.
Комментарии к статье
* Vogt P., De Padova P. et al. Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon. //Phys. Rev. Lett. 108, 2012, 155501.
