• 苏州纳米所层数可控制备高均匀晶圆尺寸石墨烯薄膜取得新进展
  • [2012-09-07]
  • 苏州纳米所层数可控制备高均匀晶圆尺寸石墨烯薄膜取得新进展

    文章来源:器件部 龚佑品

           在石墨烯制备方面,国内外的进展显示了化学气相沉积(CVD)方法在高质量、大面积制备上具有极大的优势。然而,到目前为止,由于Cu催化剂表面的自限制以及Ni催化剂高的碳溶解度,实现厚度均匀、层数可控的大面积高质量石墨烯的生长仍然是石墨烯可控制备中的重大挑战。

          中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室刘立伟课题组龚佑品博士等与中科院物理所科研人员合作,提出了一种新的合成技术,解决了石墨烯层数可控制备问题。传统的以Ni膜为催化剂的CVD制备石墨烯过程中,碳源分解、渗碳和石墨烯薄膜形成过程同时进行,并且冷却过程中的晶界碳沉淀导致石墨烯薄膜的高度不均匀,无法实现层数可控制备。他们通过引入氢气刻蚀过程调节碳的含量抑制晶界沉淀,并将传统的CVD分解为CVD渗碳、氢气刻蚀和冷却偏析分步过程,在多晶Ni薄膜表面实现了晶圆尺寸的层数可控、厚度均匀的高质量石墨烯的偏析生长(图1)。通过改变金属膜的厚度、气体渗碳量、氢气刻蚀量,石墨烯的层数可以得到精确的控制 (图2)。他们合成的3–4层石墨烯(CVDSG)的室温迁移率约为3000 cm2V-1s-1,其层间扭曲的少层石墨烯薄膜具有优异的透明导电性能,它在透光率为90%时的方块电阻约为100 Ω/□。此方法工艺简单可控,很有希望成为石墨烯面向应用的制备的主流技术。相关结果已发表在Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3153–3159

    此项工作得到了国家自然科学基金委和科技部项目的大力资助,并得到苏州纳米所测试和加工平台的技术支持。

    图1.石墨烯的新方法合成示意图

    图2.大面积CVDSG的均匀性和层数可控。a) CVDSG的光学照片。b,c) CVDSG的I2D/IG和半峰宽的二维拉曼光谱。d) 2英寸的石墨烯薄膜(左插图)被释放在氯化铁水溶液中,并随后转移到PET柔性衬底上(右插图)。e) CVDSG的光透过率。f) 石墨烯Hall器件(插图)的电学传导性能。

     

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