![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Свойства графена
1. Химически стабилен, оптически прозрачен. Графен на Si, покрытом слоем SiO2 толщиной d ~ 300 нм, наблюдается оптически в виде темного пятнышка. Модуль Юнга превышает сталь примерно в 20 раз. 2. Атом углерода имеет четыре валентных электрона, три обеспечивают ковалентные связи с соседними атомами гексагональной решетки. Четвертый не образует ковалентной связи, его орбиталь сосредоточена вблизи перпендикуляра к кристаллической плоскости. Орбитали соседних атомов направлены в противоположные стороны от плоскости. Поэтому гексагональная решетка состоит из двух треугольных подрешеток. Проводимость без свободных носителей обеспечивается перескакиванием четвертого электрона с одного атома на другой в обеих подрешетках. Отсутствие этого электрона является дыркой.
3. В пространстве векторов обратной решетки первая зона Бриллюэна имеет форму шестиугольника с двумя неэквивалентными вершинами
Решетка графена Зона Бриллюэна и элементарная ячейка (u,v,w,z) обратной решетки
Зоны графена
Точка Дирака совпадает с уровнем Ферми, в ней соприкасаются зона проводимости с валентной зоной, запрещенная зона отсутствует. В зоне проводимости носителем тока является электрон, в валентной зоне – дырка. При комнатной и более низкой температуре носители тока находятся вблизи уровня Ферми. 4. Линейность дисперсии 5. В графене наблюдается релятивистский эффект Клейна – при нормальном падении на потенциальный барьер любой высоты электрон проходит его без отражения. 6. В магнитном поле спектр не эквидистантный, как для уровней Ландау, имеется уровень с нулевой энергией. Магнитные состояния термостабильны – разность энергий уровней превышает тепловую энергию при комнатной температуре 7. Нанолента графена может быть полуметаллом с нулевой шириной запрещенной зоны, или полупроводником с запрещенной зоной, ширина которой зависит от поперечного размера наноленты, от кристаллической формы края, от посторонних атомов, присоединенных к краю, от внешних электрического и магнитного полей. 8. В графене наблюдается целочисленный квантовый эффект Холлапри нормальной температуре в сильном магнитном поле ~30 Тл. 9. Упругое напряжение сдвига вдоль главных кристаллографических направлений раздвигает конусы энергетических зон в точках Дирака в противоположные стороны и создает поля, подобные электромагнитному полю. 10. Молекулы, адсорбированные на поверхность графена, выступают как доноры ( 11. Для движущихся носителей заряда n – p -переход в графене создает отрицательный показатель преломления. Плоский n–p- переход преобразует расходящийся электронный пучок в сходящийся. 12. Присоединение атомов водорода к атомам графена посредством химической реакции дает графан, являющийся диэлектриком с энергетической щелью ~5,4 эВ. Комбинирование на одной пленке графена и графана (проводника и изолятора) создает устройства с разнообразными физическими свойствами.
13. На основе графена получен полевой транзистор p -типа в 2006 г., из графеновой наноленты создан полевой транзистор n -типа в 2009 г. Размеры затворов ~10 нм. 14. Графен является перспективным материалом в наноэлектронике – в элементах памяти, в солнечных элементах, как накопитель электроэнергии, как оптически прозрачный электрод с высокой электро- и теплопроводностью, как стандарт электрического сопротивления, как транзистор терагерцевого диапазона частот ( Получение графена. В 1935–37 г.г. Р. Пайерлс и Л.Д. Ландау доказали, что в двумерной системе отсутствует дальний кристаллический порядок. Тепловые флуктуации смещений атомов вызывают искривление плоскости и ее самопроизвольное сворачивание. В 1973–77 г.г. показано, что при низких температурах может быть квазидальний порядок. Критические температуры и расстояния были неизвестны. В 2004 г. К.С. Новоселов, А.К. Гейм и С.В. Морозов получили графен площадью до 1000 мкм2 методом микромеханического расслоения графита при трении о поверхность окисленного кремния. Графен в виде мембраны в пространстве, или на подложке, оказался механически стабильным при комнатной температуре. Тепловые колебания вызывают лишь локальные искривления нанометрового размера – рипплы. Методы получения: 1. Термодеструкция. При нагревании кристалла карбида кремния SiC в вакууме происходит переход в газовую фазу кремния, на поверхности кристалла остается углерод, образуются ковалентные связи, возникает графен. Существует проблема отделения графена от подложки. Если его оставить на подожке, то графен имеет энергетическую щель ~0,26 эВ; 2. Расслаивание графита при помощи липкой пленки с последующим переносом на поверхность окисленного кремния. Механические напряжения при расслаивании превышают предел прочности пленки и не позволяют получить ее размер, больший нескольких микрометров. Присутствуют многослойные участки; 3. Осаждение из газовой фазы. Переходной металл Ni, Cu, Pt, Co выдерживается в парах углеводорода, например метана, или бензола 4. Интеркаляция. Используется пиролитический графит в виде мягкой, эластичной, неприлипающей пленки с рекордно высокой теплопроводностью. Молекулы
Мембрана графена получается отделением графенового слоя от подложки путем ее травления. Далее графен переносится на устройство. На рис. (а) показан электромеханический резонатор на основе графена. Графен и подложка из Si образуют конденсатор. Переменное электрическое поле вызывает колебания графена. На рис. (б) дано изображение реального устройства в сканирующем электронном микроскопе с масштабом 1 мкм.
а б
Кристаллическая решетка графена. На рис. а расстояние между соседними атомами a = 1,42 Å. Элементарная ячейка является ромбом (u,v,w,z) со стороной
а б Векторы обратной решетки
Первая зона Бриллюэна в виде правильного шестиугольника имеет два типа вершин – точки Дирака, описываемых векторами
Низкоэнергетические состояния находятся в окрестностях этих точек. Концентрация свободных носителей тока, степень заполнения зон и положение уровня Ферми регулируется затвором. Электрическое напряжение V прикладывается между подложкой из кремния и графеном. В зависимости от полярности напряжения графен обогащается электронами или дырками, возникает p-n переход.
Величина напряжения ограничена пробоем диэлектрика SiO2 толщиной
n – поверхностная концентрация зарядов; S – площадь графена. Поверхностная концентрация свободных носителей тока пропорциональна напряжению
Достигнуто значение
В случае дырок это означает удаление практически всех электронов, которые не задействованы в ковалентных связях. Минимальное значение
При нормальной температуре носители тока имеют высокую и слабо зависящую от температуры подвижность
Она существенно снижается при помещении графена на SiO2. Отсутствие дефектов решетки не дает рассеяния. В результате велики время рассеяния
Date: 2015-05-19; view: 1181; Нарушение авторских прав |