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氮化硼表面制備石墨烯單晶獲突破

  中科院上海微系統所信息功能材料國家重點實驗室唐述杰等研究人員,通過引入氣態催化劑的方法,在國際上首次實現石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長。3月11日,相關研究論文發表於《自然—通訊》。
 
  該團隊在前期掌握石墨烯形核控制、確定單晶和襯底的取向關系的基礎上,以乙炔為碳源,創新性地引入硅烷作為催化劑,通過化學氣相外延的方法,制備晶疇尺寸超過20微米的石墨烯單晶,生長速率較之前的文獻報道提高了兩個數量級,超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴格取向,呈現由莫瑞條紋引起的二維超晶格結構,制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過2萬平方厘米每伏秒。
 
  石墨烯具有優異的電學性能、出眾的熱導率以及卓越的力學性能,但其電學性質受襯底的影響很大,電荷雜質和聲子散射會使石墨烯的電學性能極大下降。在六角氮化硼表面通過化學氣相沉積方法直接生長石墨烯單晶,可以避免因物理轉移所帶來的介面污染和破損缺陷,為其在集成電路領域的深入應用提供材料基礎。然而,由於襯底缺乏催化能力,在六角氮化硼這類電介質表面直接生長石墨烯單晶一直是一項巨大難題。
 
  該項研究提出的氣態催化方法已經申請專利,可以為在介質襯底上制備高質量石墨烯單晶薄膜提供全新思路和技術方案。