直接在液態(tài)金屬表面原位生長大面積石墨烯納米帶陣列！

直接在液態(tài)金屬表面原位生長大面積石墨烯納米帶陣列！

硅基晶體管的集成正在接近工藝物理的極限，而具有超高載流子遷移率的石墨烯有望成為下一代主流芯片材料。石墨烯納米帶中存在由量子效應(yīng)引入的帶隙，使之具有獨(dú)特的電學(xué)性能，可以克服石墨烯本身半金屬特質(zhì)帶來的不便，更適用于集成電路的制造。快速、大面積、低成本制備高質(zhì)量石墨烯納米帶的方法仍有待發(fā)展。

中科院化學(xué)所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室于貴研究員課題組在石墨烯二維材料的制備策略、性能及其應(yīng)用方面進(jìn)行了系列性研究。近日，該課題組和清華大學(xué)徐志平團(tuán)隊(duì)合作通過調(diào)控化學(xué)氣相沉積過程中的生長參數(shù)，直接在液態(tài)金屬表面原位生長出大面積、高質(zhì)量的石墨烯納米帶陣列（圖1）。相關(guān)研究成果以題為In situ growth of large-area and self-aligned graphene nanoribbon arrays on liquid metal發(fā)表在National Science Review期刊上，論文第一作者為博士生蔡樂，通訊作者為于貴研究員和徐志平教授。

圖1. CVD方法原位生長的的石墨烯納米帶。

研究表明，將氫氣的流速控制在一個(gè)相對(duì)微量的狀態(tài)，同時(shí)以液態(tài)金屬作為催化基底，可以引入一種新型的梳狀刻蝕行為，從而調(diào)控石墨烯的生長。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用梳狀刻蝕控制石墨烯的生長，可以將傳統(tǒng)的薄膜生長轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)一維的線性生長，從而直接制備高質(zhì)量、大面積的石墨烯納米帶陣列。通過優(yōu)化生長條件，可以將石墨烯納米帶的寬度縮小至8 納米，且長度大于3 微米。該工作為大面積、快速制備石墨烯納米帶的研究奠定了基礎(chǔ)。

圖2. 長程且細(xì)的GNR單晶。

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圖3. 石墨烯的生長行為是氫流量或生長時(shí)間的函數(shù)。

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圖4. 石墨烯圖案在競(jìng)爭(zhēng)生長和蝕刻過程中時(shí)間演化的理論模型。

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圖5. GNR陣列的寬度由氫流量調(diào)節(jié)。

本文來自“中國科學(xué)院化學(xué)研究所”。

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