科學(xué)家成功研制1.5英寸石墨烯單晶

記者近日從中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所獲悉，該所信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員謝曉明領(lǐng)導(dǎo)的石墨烯研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家重大專項(xiàng)“晶圓級(jí)石墨烯材料和器件基礎(chǔ)研究”等項(xiàng)目的支持下，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單核控制形核和快速生長(zhǎng)，成功研制1.5英寸石墨烯單晶，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然—材料》。

銅表面催化生長(zhǎng)是目前制備石墨烯薄膜的主要技術(shù)途徑，但由于無法實(shí)現(xiàn)單核控制，因而制備的薄膜一般為多晶，且生長(zhǎng)速度隨著時(shí)間的推移逐漸變慢。此前銅襯底上制備的最大石墨烯單晶籌尺寸約為一厘米，且需要較長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間。謝曉明研究團(tuán)隊(duì)通過向具有一定溶碳能力的Cu85Ni15合金局域提供碳源，產(chǎn)生局部碳濃度過飽和，成功解決了石墨烯單個(gè)核心控制形核這一技術(shù)難題。

據(jù)悉，該項(xiàng)目的合作團(tuán)隊(duì)美國(guó)得州州立大學(xué)的于慶凱團(tuán)隊(duì)利用同位素方法驗(yàn)證了等溫析出這一石墨烯生長(zhǎng)新機(jī)理;香港理工大學(xué)教授丁峰和華東師范大學(xué)博士袁清紅聯(lián)合開展了第一性原理計(jì)算，進(jìn)一步解釋了Cu85Ni15合金襯底上石墨烯高速生長(zhǎng)的原因，同時(shí)對(duì)更高Ni含量合金襯底上石墨烯生長(zhǎng)速度下降的原因進(jìn)行了分析。

謝曉明表示，單晶硅是微電子技術(shù)發(fā)展的基石，而單晶石墨烯則是其在電子學(xué)領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用的前提。“通過單核控制制備晶圓級(jí)石墨烯可以視為是三維硅單晶技術(shù)在二維材料中的再現(xiàn)，對(duì)于推動(dòng)石墨烯在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。”

專家認(rèn)為，這項(xiàng)研究成果所發(fā)展的控制形核技術(shù)同時(shí)也為探索其他二維材料單晶晶圓的制備提供了全新思路。

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