首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質(zhì)量石墨烯單晶晶圓

首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質(zhì)量石墨烯單晶晶圓

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯單晶晶圓研究取得新進(jìn)展。信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員謝曉明領(lǐng)導(dǎo)的石墨烯研究團(tuán)隊(duì)首次在較低溫度（750℃）條件下采用化學(xué)氣相沉積外延成功制備6英寸無褶皺高質(zhì)量石墨烯單晶晶圓。研究論文于4月4日在Small上在線發(fā)表(X.F.Zhang,et al,Epitaxial Growth of 6 in.Single-Crystalline Graphene on a Cu/Ni(111)Film at 750°C via Chemical Vapor Deposition,DOI:10.1002/smll.2018053)。



目前制備石墨烯單晶主要有兩種途徑：一種方式是以單點(diǎn)形核控制來制備石墨烯單晶；另一種是表面外延生長(zhǎng)取向一致的石墨烯晶疇，最后以無縫拼接的方法來制備石墨烯單晶。目前外延生長(zhǎng)制備石墨烯單晶主要采用銅（111）單晶或者鍺（110）作為襯底。但是此前的單晶石墨烯晶圓的生長(zhǎng)一般需要1000℃或更高的溫度，容易產(chǎn)生褶皺、污染，不但產(chǎn)生較高的能耗，也容易導(dǎo)致石墨烯性能降低。

首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質(zhì)量石墨烯單晶晶圓

左圖：石墨烯單晶晶圓生長(zhǎng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果；右圖：低溫制備的6英寸石墨烯單晶晶圓

上海微系統(tǒng)所研究團(tuán)隊(duì)采用藍(lán)寶石作為襯底成功制備出具有更強(qiáng)催化能力的銅鎳（111）單晶薄膜，成功將外延生長(zhǎng)石墨烯單晶的生長(zhǎng)溫度從1000℃降低到750℃。制備的6英寸石墨烯單晶薄膜無褶皺，無顆粒污染，電學(xué)性能可以與高溫條件下得到的石墨烯相媲美。



單晶硅是微電子技術(shù)發(fā)展的基石，而單晶石墨烯晶圓的批量化制備則是其在電子學(xué)領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用的前提。通過低溫外延制備晶圓級(jí)石墨烯單晶對(duì)于推動(dòng)石墨烯在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

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