Ответьте на вопросы, страница 183 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Для чего была необходима ученым подложка из окисленного кремния, при получении графена?

Подложка из окисленного кремния (то есть пластина кремния $\text{Si}$, покрытая слоем диоксида кремния $SiO_2$) была необходима ученым при получении и исследовании графена по нескольким критически важным причинам, особенно при использовании метода механического отшелушивания, за который Андрей Гейм и Константин Новосёлов получили Нобелевскую премию.

Основные функции этой подложки следующие:
1. Визуализация графена. Графен, будучи слоем толщиной в один атом, практически прозрачен. На большинстве поверхностей его невозможно разглядеть с помощью обычного оптического микроскопа. Однако на подложке $SiO_2/Si$ с толщиной оксидного слоя около 300 нм (или 90 нм) возникает эффект интерференции света. Лучи, отраженные от поверхности графена и от границы раздела $SiO_2-Si$, создают фазовый сдвиг, приводящий к цветовому контрасту, который делает тончайшие слои графена, вплоть до одноатомного, видимыми.
2. Электрическое управление (создание полевого транзистора). В данной структуре кремниевая пластина ($\text{Si}$), которая обычно является легированной и хорошо проводит ток, выступает в роли затвора (back gate). Слой диоксида кремния ($SiO_2$) является высококачественным диэлектриком. Графен, помещенный сверху, играет роль канала. Такая структура образует классический полевой транзистор. Прикладывая напряжение к кремниевой подложке, можно управлять концентрацией и типом носителей заряда (электронов или дырок) в графене. Это позволило исследовать его уникальные электронные свойства, такие как амбиполярный эффект поля и квантовый эффект Холла, и послужило основой для создания графеновой наноэлектроники.
3. Атомно-гладкая и инертная поверхность. Промышленные кремниевые пластины с термически выращенным оксидным слоем обладают исключительно гладкой (на атомарном уровне), чистой и химически инертной поверхностью. Это обеспечивает качественный контакт с графеном и сохраняет его уникальную кристаллическую структуру и электронные свойства, минимизируя влияние дефектов подложки.
4. Совместимость с существующими технологиями. Кремний и его оксид являются основой современной микроэлектроники. Использование подложек $SiO_2/Si$ позволило применять для работы с графеном хорошо отработанные и широко доступные методы полупроводниковой промышленности, такие как литография и напыление контактов, что значительно ускорило исследования и разработку устройств на его основе.

Ответ: Подложка из окисленного кремния была необходима, во-первых, для визуализации одноатомных слоев графена в оптическом микроскопе за счет интерференционного контраста, и, во-вторых, для управления его электронными свойствами с помощью электрического поля (использования подложки в качестве затвора), что позволило открыть его уникальные физические явления и создать первые графеновые транзисторы.