Графен: реальность и мифы

В последние недели мир захлестнул графеновый бум. На читателей обрушился вал статей, в которых говорится о создании прозрачных графеновых лент, обещающих  в ближайшие 20 лет графеновую революцию в микроэлектронике вплоть до вытеснения из нее кремния. Но оснований для подобных пророчеств нет.

Действительно, исследованию графена в мире посвящено уже около 30 тысяч работ, и их количество продолжает стремительно расти. Между тем не решена главная проблема: пока еще никому не удалось получить бездефектный лист графена одноатомной толщины больших размеров, пригодный для интегральной электроники (диаметр кремниевых пластин, из которых делают микропроцессоры, – 30 сантиметров).

Поэтому есть некоторое лукавство, когда нобелевский лаурет Андрей Гейм говорит о получении графена большой площади (квадратный метр). Пишут даже о возможности создания графеновых лент неограниченного размера. Но это лишь реклама. Методом отщепления, который применяли нобелевские лауреаты для получения моноатомного графена, такие площади создать невозможно. Другие методы пока тоже не дают обнадеживающих результатов.

Графен большого размера удается пока вырастить только на металле, который, как известно, имеет поликристаллическую структуру, а значит, подобная структура будет и у графена. Таким образом, речь идет не о монокристаллическом слое толщиной в один атом, а о пленке из нескольких слоев поликристаллического графита, который тоже именуют графеном. Но для создания элементов микроэлектроники такие пленки (или графитовые ленты) непригодны. Красивую физику с уникальными квантовыми эффектами и рекордной подвижностью электронов при комнатной температуре можно получить лишь на двумерном монокристалле графена одноатомной толщины. (Размеры реально выращенных кристаллов графена одноатомной толщины сегодня составляют десятки микрон.) Подвижность носителей в них в сотни раз превышает подвижность носителей во всех известных полупроводниковых материалах, что создает предпосылки для создания высокоскоростных транзисторов. Однако на идеальном двухмерном монокристалле графена создать транзистор невозможно, поскольку его электронная структура не имеет запрещенной зоны. Для этого необходимо одноатомный слой графена «посадить» на подходящую подложку или модифицировать его иным образом, но при этом подвижность электронов резко падает.

Так что проблема создания полевых транзисторов с высоким быстродействием на графене не решена. Значит, и о создании графеновой наноэлектроники говорить пока преждевременно. Что касается пленок, состоящих из нескольких слоев, то у них нашлось много других применений. К примеру, прозрачные электроды для солнечных элементов, а также покрытия для телевизионных и компьютерных экранов, которые лучше, чем ITO, поскольку не включают в себя крайне вредные индий и олово. И это уже настоящая реальность.

 

Александр Вуль, руководитель лаборатории физики кластерных cтруктур Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, доктор физико-технических наук, профессор