中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯研究再獲重要突破。信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室石墨烯課題組的唐述杰等人，在國(guó)際上首次通過引入氣態(tài)催化劑的方法成功實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長(zhǎng)，研究論文Silane-Catalyzed Fast Growth of Large Single-Crystalline Graphene on Hexagonal Boron Nitride 于3月11日在Nature Communications 上發(fā)表（6:6499 doi: 10.1038/ncomms 7499 (2015)）。
上海微系統(tǒng)所石墨烯團(tuán)隊(duì)自2011年開始開展了六方氮化硼襯底上外延生長(zhǎng)石墨烯單晶以及其性能表征的工作，并取得了一系列的成果。他們?cè)谇捌谡莆帐┬魏丝刂疲–arbon, 50, 329 (2012)）、確定單晶和襯底的取向關(guān)系（Scientific Reports, 3, 2666, (2013)）的基礎(chǔ)上，以乙炔為碳源，創(chuàng)新性地引入硅烷作為催化劑，通過化學(xué)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(zhǎng)速率較之前的文獻(xiàn)報(bào)道提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴(yán)格取向，呈現(xiàn)由莫瑞條紋引起的～14nm的二維超晶格結(jié)構(gòu)，制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過20,000 cm2/V·s。
石墨烯以其優(yōu)異的電學(xué)性能、出眾的熱導(dǎo)率以及卓越的力學(xué)性能等而被人們普遍認(rèn)為是為后硅CMOS時(shí)代延續(xù)摩爾定律的最有競(jìng)爭(zhēng)力電子材料。然而石墨烯的電學(xué)性質(zhì)受到襯底的影響很大，電荷雜質(zhì)和聲子散射會(huì)使石墨烯的電學(xué)性能極大地下降。研究表明，六方氮化硼由于其表面原子級(jí)平整、無懸掛鍵、優(yōu)異的絕緣性能等優(yōu)勢(shì)，成為石墨烯電子器件的絕佳襯底。在六角氮化硼表面通過化學(xué)氣相沉積方法直接生長(zhǎng)石墨烯單晶，可以避免因物理轉(zhuǎn)移所帶來的介面污染和破損缺陷，為其在集成電路領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。然而，由于襯底缺乏催化能力，在六角氮化硼這類電介質(zhì)表面直接生長(zhǎng)石墨烯單晶一直是橫亙?cè)谡麄€(gè)石墨烯研究領(lǐng)域的一項(xiàng)巨大難題。該項(xiàng)研究提出的氣態(tài)催化方法已經(jīng)申請(qǐng)專利，可以為在介質(zhì)襯底上制備高質(zhì)量石墨烯單晶薄膜提供全新的思路和技術(shù)方案。
該項(xiàng)工作得到了科技部重大專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院和上海市科委相關(guān)研究計(jì)劃的資助。
氣相催化法生長(zhǎng)石墨烯單晶的示意圖（左）和所得單晶尺寸和生長(zhǎng)速率與之前文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)比較（右）
