科學家成功研制1.5英寸石墨烯單晶

從中科院上海微系統與信息技術研究所獲悉，該所信息功能材料國家重點實驗室研究員謝曉明領導的石墨烯研究團隊在國家重大專項“晶圓級石墨烯材料和器件基礎研究”等項目的支持下，在國際上首次實現石墨烯單核控制形核和快速生長，成功研制1.5 英寸石墨烯單晶，相關研究成果在線發表于《自然—材料》。

銅表面催化生長是目前制備石墨烯薄膜的主要技術途徑，但由于無法實現單核控制，因而制備的薄膜一般為多晶，且生長速度隨著時間的推移逐漸變慢。此前銅襯底上制備的最大石墨烯單晶籌尺寸約為一厘米，且需要較長的生長時間。謝曉明研究團隊通過向具有一定溶碳能力的Cu85Ni15 合金局域提供碳源，產生局部碳濃度過飽和，成功解決了石墨烯單個核心控制形核這一技術難題。

據悉，該項目的合作團隊美國得州州立大學的于慶凱團隊利用同位素方法驗證了等溫析出這一石墨烯生長新機理；香港理工大學教授丁峰和華東師范大學博士袁清紅聯合開展了第一性原理計算，進一步解釋了Cu85Ni15 合金襯底上石墨烯高速生長的原因，同時對更高Ni 含量合金襯底上石墨烯生長速度下降的原因進行了分析。

謝曉明表示，單晶硅是微電子技術發展的基石，而單晶石墨烯則是其在電子學領域規模化應用的前提。“通過單核控制制備晶圓級石墨烯可以視為是三維硅單晶技術在二維材料中的再現，對于推動石墨烯在電子學領域的應用具有重要意義。”

專家認為，這項研究成果所發展的控制形核技術同時也為探索其他二維材料單晶晶圓的制備提供了全新思路。

（來源：中國科學報）