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上海信帆:科學(xué)家在制備石墨烯單晶中取得突破

更新時(shí)間:2015-03-30      瀏覽次數(shù):1171

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯研究再獲重要突破。信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室石墨烯課題組的唐述杰等人,在上通過引入氣態(tài)催化劑的方法成功實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長(zhǎng),研究論文Silane-Catalyzed Fast Growth of Large Single-Crystalline Graphene on Hexagonal Boron Nitride 于3月11日在Nature Communications 上發(fā)表(6:6499 doi: 10.1038/ncomms 7499 (2015))。

上海微系統(tǒng)所石墨烯團(tuán)隊(duì)自2011年開始開展了六方氮化硼襯底上外延生長(zhǎng)石墨烯單晶以及其性能表征的工作,并取得了一系列的成果。他們?cè)谇捌谡莆帐┬魏丝刂疲–arbon, 50, 329 (2012))、確定單晶和襯底的取向關(guān)系(Scientific Reports, 3, 2666, (2013))的基礎(chǔ)上,以乙炔為碳源,創(chuàng)新性地引入硅烷作為催化劑,通過化學(xué)氣相外延的方法制備晶疇尺寸超過20微米的石墨烯單晶,生長(zhǎng)速率較之前的文獻(xiàn)報(bào)道提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí),超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴(yán)格取向,呈現(xiàn)由莫瑞條紋引起的~14nm的二維超晶格結(jié)構(gòu),制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過20,000 cm2/V·s。

石墨烯以其優(yōu)異的電學(xué)性能、出眾的熱導(dǎo)率以及的力學(xué)性能等而被人們普遍認(rèn)為是為后硅CMOS時(shí)代延續(xù)摩爾定律的zui有競(jìng)爭(zhēng)力電子材料。然而石墨烯的電學(xué)性質(zhì)受到襯底的影響很大,電荷雜質(zhì)和聲子散射會(huì)使石墨烯的電學(xué)性能極大地下降。研究表明,六方氮化硼由于其表面原子級(jí)平整、無懸掛鍵、優(yōu)異的絕緣性能等優(yōu)勢(shì),成為石墨烯電子器件的襯底。在六角氮化硼表面通過化學(xué)氣相沉積方法直接生長(zhǎng)石墨烯單晶,可以避免因物理轉(zhuǎn)移所帶來的介面污染和破損缺陷,為其在集成電路領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。然而,由于襯底缺乏催化能力,在六角氮化硼這類電介質(zhì)表面直接生長(zhǎng)石墨烯單晶一直是橫亙?cè)谡麄€(gè)石墨烯研究領(lǐng)域的一項(xiàng)巨大難題。該項(xiàng)研究提出的氣態(tài)催化方法已經(jīng)申請(qǐng),可以為在介質(zhì)襯底上制備高質(zhì)量石墨烯單晶薄膜提供全新的思路和技術(shù)方案。

該項(xiàng)工作得到了科技部重大專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院和上海市科委相關(guān)研究計(jì)劃的資助。(來源:中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所)

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