Развитие кадрового потенциала: Павел Винокуров о научной стажировке в Манчестерском университете

Информационный отчет Винокурова Павла Васильевича

научный сотрудник лаборатории «Графеновые нанотехнологии» ФТИ

Научная стажировка в Манчестерский университет (Национальный графеновый институт)

1 октября – 3 декабря 2017 года

На входе в чистую комнату, каждому выделяют специальную одежду, которая обновляется каждые две недели.	В этих коробках находится специально упакованная одежда для чистой комнаты 100 класса.
Эта комната для подготовки двумерных материалов. После переноса поиск однослойных чешуек производится с помощью оптических микроскопов со множеством фильтров.	В здании Шустера стоит измеритель электрофизических параметров при гелиевой температуре.

В здании графенового института функционирует первая в мире двухэтажная чистая комната. В течение 1-го месяца я проходил инструктаж для допуска в эту чистую комнату. В результате инструктажа, мне показали несколько рецептов для работы на установке spin-coater. Также показали метод подготовки подложек для последующего использования. Она работает круглосуточно, поэтому там можно работать в любое время, но обязательно присутствие напарника, если произойдет экстренный случай. Комната оборудована всем необходимым для создания двумерных материалов и измерительными приборами для проверки электрических контактов. Основное измерительное оборудование стоит в здании физического факультета в студенческом городке Манчестерского университета (здание Шустера).

Мой первый образец графена был получен на подложке кремния с диоксидной пленкой с толщиной 290 нм. Такая толщина позволяет увидеть в оптический микроскоп однослойный углеродный материал – графен. В данном институте почти все двумерные материалы получают с помощью скотч-метода. Кроме графита, мне позволили использовать такие двумерные материалы как сульфид молибдена, гексогональный нитрид бора и сульфид вольфрама – данные структуры обладают полупроводниковыми и диэлектрическими свойствами и могут использоваться с графеном при создании различного рода приборов. В графеновом институте в основном проводят фундаментальные исследования, которые направлены на поиск физических эффектов, которые происходят в двумерных материалах и поиска закономерностей в данных структурах, которые в дальнейшем можно будет использовать для создания будущей электроники

Процесс переноса двумерных материалов	Создание с помощью электронной литографии контактов с размером до 2 мкм. В качестве фоторезиста использовался специальный раствор PMMA
Поиск графена на оптическом микроскопе.	Подготовка контактов для электрофизических измерений.

Для создания контактов использовался сплав золота и хрома. Проявление нанесенных контактов происходило в ацетоне, под действием слабого ультразвука. В результате этих работ были созданы два образца графена с 8 контактами для последующего измерения в магнитном поле при температуре жидкого гелия. Результаты представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Электрофизические измерения при окологелиевой температуре и разных значениях магнитного поля.

Следующим этапом моей стажировки стало обучение на установке для создания Ван дер Ваальсовских гетероструктур. В качестве основных материалов для меня служили гексагональный нитрид бора, сульфиды молибдена и вольфрама. Данные материалы были выбраны, т.к. в нашей лаборатории начали выращивать дисульфид молибдена методом газофазного осаждения. Моноатомный дисульфид молибдена является прямозонным полупроводником, который имеет большие перспективы для использования в солнечных элементах и других оптических приборах. Были исследованы его структурные свойства и сняты спектры фотолюминесценции (рис.2).

Рис.2. Спектры фотолюминесценции чешуек МоS2 с разной толщиной.

Установка для переноса чешуек представляла собой микроскоп с держателем (Рис.3.), на который предварительно был перенесена пленка PMMA с готовой чешуйкой. Столик данного прибора мог нагреваться для лучшей адгезии пленки PMMA и поверхности кремниевой подложки. Лучшей двумерной подложкой для двумерных материалов является гексоганальный нитрид бора, на который можно переносить различные однослойные чешуйки. Мною была создан графеновый контакт на дисульфид молибдена (Рис.3.).

  

Рис.3. Общий вид установки и образец МоS2 на hBN с графеновым контактом.

Также познакомился с различными людьми и обменялся с ними контактной информацией. Научный сотрудник (mcevoyni@tcd.ie) из Дублина занимается выращиванием CVD графеном и дисульфидом молибдена. В самом графеновом институте занимаются двумерными материалами (lee.hague@manchester.ac.uk, gregory.auton@manchester.ac.uk). Также очень много приходящих и занимающихся наукой ребят из других стран в том числе и из Российских вузов. Очень много ребят из Сколтеха (a.tyurnina@skoltech.ru) и МФТИ (yulia.sklyeva@skolkovotech.ru), те кто приезжает поработать, и те кто учится. При личной встрече с профессором Константином Новоселов я рассказал ему о нашем университете и лаборатории. Он был удивлен, что так далеко в Сибири тоже занимаются графеном и двумерными материалами.

  

  

Рис.4. Установка лазерная литография.

Установка лазерной литографии (Рис.4) использовалась для создания золотых контактов, которые можно будет использовать несколько раз. Меня обучили рецептам для создания фоторезистов для лазерной литографии и программе для конвертирования изображений контактов.

Таким образом, в ходе прохождения 2-х месячной командировки я обучился двум видам литографий (электронной и лазерной), работе на центрифуге, использованию специальной программы на Матлабе. Научился работать на установке для переноса чешуек и получения Ван дер Ваальсовских гетероструктур. Были сняты электрофизические характеристики графена в магнитном поле при температуре жидкого гелия. Установлены связи с Национальном графеновом институте с профессором Константином Новоселовым, с молодыми исследователями из Российских вузов (МФТИ, СколТех). В процессе прохождения стажировки были сделаны образцы, которые я привез в Якутск для дальнейшего исследования. Также мне подарили несколько чистых подложек, натуральный очищенный графит, специальный скотч с чешуйками MoS2, WS2, два специальных пинцета и три полимера в виде жидкости.