物理科技生物学-PHYICA

石墨烯晶体在铜覆盖下生长得更好

化学 2023-05-12 11:27:35

阿卜杜拉国王科技大学 单晶石墨烯在Cu(111)–al2o 3(0001)界面的生长

信用:自然材料(2022)

多伊:10

1038/s41563-021-01174-1 一种在大规模电绝缘支撑物上生产单晶石墨烯片的方法,可能有助于开发下一代基于纳米材料的设备,如非常轻薄的触摸屏、可穿戴电子产品和太阳能电池

大多数石墨烯基电子设备需要绝缘支撑

然而,用于工业用途的高质量石墨烯薄膜通常生长在金属基底上,例如铜箔,然后转移到绝缘支撑上用于器件制造

该转移步骤会引入影响器件性能的杂质

在绝缘支撑物上生长石墨烯的努力还不能生产出所需的高质量单晶

“如果石墨烯可以生长在具有干净界面的绝缘衬底上,某些设备可能会运行得更好,”Ph

D

学生田波在张西祥的指导下共同领导了这项研究

“这也打开了新型石墨烯纳米器件的大门,”他解释道

张,田和来自亚洲和欧洲的同事调整了化学气相沉积法,这种方法依靠铜催化甲烷分解成碳前体,在晶片级单晶衬底上生成光滑的单晶石墨烯单层,称为c-平面蓝宝石

研究人员将多晶铜箔转化为蓝宝石表面的单晶铜(111 ),并在所得薄膜上引入金属基板催化甲烷分解产生的活性碳原子

碳原子通过金属膜向铜-蓝宝石界面扩散,该界面充当模板,并形成定向良好的石墨烯岛,在几个生长周期后,这些石墨烯岛合并成一片

田说,除了弱的表面相互作用,铜膜和蓝宝石显示出与石墨烯相似的晶格对称性,这解释了石墨烯单层的高结晶度

研究人员使用氢-氩等离子体来促进碳扩散,蚀刻掉任何积累在铜膜顶部的石墨烯

他们将样品浸入液氮中,然后快速加热到500摄氏度,使铜膜容易剥离,同时保持石墨烯单层完整

在蓝宝石生长的单晶石墨烯单层上制造的场效应晶体管表现出优异的性能和更高的载流子迁移率

田解释说,生长在蓝宝石上的石墨烯的优异电子性能源于其较高的结晶度和表面较少的褶皱

“我们的团队现在正试图在绝缘体支撑的石墨烯上生长其他二维材料,以构建功能化的大规模异质结构,”田说

这些通过范德华相互作用结合在一起的异质结构有望用于未来的纳米器件

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