作者:安娜·德明，物理
（同organic）有机 研究人员在实验室里用多晶铂上生长的单晶石墨烯样品
从左到右:李在铉、东木旺、张惠植和林在荣
信用:李在贤 如果不是过去50年来高质量单晶硅片的成本大幅下降，今天的电子行业可能会大不相同
那么，如果单晶石墨烯的成本同样大幅下降，会发生什么呢？ACS Nano中报道的结果可能使这更接近现实，因为它们表明单晶石墨烯可以在通常时间的一小部分内生长，并且使用比通常需要的便宜得多的多晶衬底
在过去的20年里，生产石墨烯的成本已经从每公斤几十万美元大幅下降到不到50美元
然而，利用材料的电子特性对晶体质量提出了更高的要求——晶界、缺陷和位错都会破坏材料的电子行为——因此电子级石墨烯的价格仍然很高
化学气相沉积是生长高质量石墨烯最受欢迎的方法之一，但是缺陷是不可避免的
在生长过程中调整参数，使没有额外的成核位点形成，最终可以促进单晶石墨烯的生长
然而，这种增长需要很长时间，成本很高
其他方法包括在单晶催化基底上生长，但是这些基底更昂贵，再次增加了成本
相反，成均馆大学纳米技术高级研究所的东木旺和阿周大学的李在贤以及他们的同事已经取得了一些单晶石墨烯，并将它们的碎片间隔转移到多晶基底上
他们在报告中表示，随后在多晶金属上生长碎片可以让它们结合在一起
因为它们都是从同一个样品中转移过来的，所以每一片的晶格都朝向同一个方向，没有留下晶界
“如果合成温度、所用气体等
假设是相似的，热预算和基板的价格可以说是减少到四分之一，”李解释说
无缝增长 李解释说，他们是在初步的文献调查强调从石墨烯种子边缘生长石墨烯所需的能量理论上低于新石墨烯种子成核所需的能量之后提出这个想法的
换句话说，人们认为在较低的能量条件下(例如
g
低浓度前体或低生长温度)
" 旺和李以及同事们也在让这一过程发挥作用方面领先一步
他们的种子生长过程依赖于获得大面积单晶单层石墨烯，他们在生长过程中经验丰富
此外，他们需要一种技术，能够干净地将对准的种子转移到多晶衬底上仔细间隔和对准的位置
幸运的是，他们以前也证明了当在单晶锗(锗(110))的特定面上生长石墨烯时，在石墨烯和衬底之间的界面上形成氢层，使其更容易转移
即使从锗(110)转移，缺陷也不可避免地进入，但是研究人员也能够表明，通过在生长期间的一段时间内减少甲烷，蚀刻速率可以超过生长速率，从而可以蚀刻掉现有的缺陷
电子级石墨烯 为了确定什么样的种子大小和间距最有效，Whang和Lee及其同事计算了温度和所用前体浓度的扩散长度
他们从原始的单晶石墨烯样品上切下10微米宽的“种子”，并将其转移到间隔50微米的多晶铂上
在这里，他们生长单晶石墨烯，覆盖面积为2厘米×2厘米
“由于化学气相沉积系统的限制，很难生长到更大的尺寸，”李说
“但我们相信我们的方法可以完全应用于大型催化剂基材
" 多晶铂不仅便宜得多，而且它们可以在不损害所得单晶石墨烯质量的情况下回收衬底，因此其成本约为每平方厘米衬底100美元，而不是2000美元
他们预计，如果他们能够在多晶铜或铝箔上种植转移的种子，他们将能够进一步降低成本
研究人员通过构建横跨两个转移种子位置的场效应晶体管器件，测试了从转移种子生长的石墨烯的电子特性
电子迁移率的比较表明，在转移的种子结合的地方，迁移率没有明显的下降，左边的颗粒为11，811伏·厘米-1·秒-1，右边的为10，844伏·厘米-1·秒-1，它们之间的迁移率为11，063伏·厘米-1·秒-1
其他二维材料？ 研究人员用石墨烯尝试了这个想法，因为它的生长行为是众所周知的，特别是它只由一种原子类型碳制成，这简化了过程
他们希望将该方法应用于二维材料，但需要研究他们如何管理非元素二维材料的不同前体
“由于催化剂中每种元素的溶解度和扩散速率不同，有许多变量需要考虑，”李说
“然而，如果我们使用一种可以使一种前体和另一种前体依次发生反应的工艺，比如可以简化工艺参数的原子层沉积(ALD)工艺，就有可能生长出各种二维材料的单晶单层
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
