石墨烯有重要進(jìn)展，這個可控生長有啥優(yōu)勢？

石墨烯有重要進(jìn)展，這個可控生長有啥優(yōu)勢？

近日，《納米尺度》（Nanoscale）雜志以《六角氮化硼表面石墨烯晶疇邊界調(diào)控》（Edge Control of Graphene Domains Grown on Hexagonal Boron Nitride）為題，在線刊登了中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點實驗室陳令修、王浩敏等科研人員在石墨烯可控生長研究領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。論文被該雜志選為封底配圖文章。

理想的石墨烯是零帶隙半金屬，邊界是影響其電子能帶結(jié)構(gòu)的重要因素。實現(xiàn)對石墨烯晶疇的邊界調(diào)控是受到廣泛認(rèn)同的前沿課題。然而，這項研究卻面臨著缺乏理論指導(dǎo)和具體解決方案的多重挑戰(zhàn)。因此，實現(xiàn)邊界可控乃至條帶制備對于石墨烯基本物理性質(zhì)的研究及在電子學(xué)等方面的應(yīng)用具有極其重要的意義。

在絕緣的六角氮化硼基體上直接生長石墨烯并調(diào)控邊界，既可以最大限度地保持石墨烯優(yōu)良的本征特性又可以在生長后直接應(yīng)用于納米電子器件，避免了從金屬基體轉(zhuǎn)移所帶來的界面污染和晶格破壞。上海微系統(tǒng)所研究人員在六角氮化硼表面實現(xiàn)石墨烯氣相催化生長工作的基礎(chǔ)上，首次通過改變碳源氣體（C2H2）與催化氣體（SiH4）比例，成功實現(xiàn)石墨烯晶疇的邊界調(diào)控，晶疇邊界可以在扶手椅型（Armchair）取向和鋸齒型（Zigzag）取向之間進(jìn)行控制。通過利用與六角氮化硼基體精確對準(zhǔn)的石墨烯表面展現(xiàn)出摩爾條紋超晶格結(jié)構(gòu)，結(jié)合原子分辨原子力顯微鏡（AFM）圖像作為判斷依據(jù)，實現(xiàn)對石墨烯邊界取向識別。以此工藝為基礎(chǔ)，在六角氮化硼表面單層臺階處外延生長，并成功得到不同取向且邊界平直的石墨烯條帶。

該研究成果為石墨烯納米帶的大規(guī)模制備及能帶工程研究提供了可選擇性方案。

近年來，圍繞面向微電子應(yīng)用的高質(zhì)量石墨烯材料制備的這一主題，上海微系統(tǒng)所研究團(tuán)隊走出了具有鮮明特色的研究路徑，特別是在六角氮化硼表面石墨烯可控制備領(lǐng)域，該研究團(tuán)隊取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果：氮化硼表面石墨烯形核機(jī)理（Carbon 50, 329–331（2012））、石墨烯堆垛取向識別（Scientific Reports 3, 2666（2013））、石墨烯晶疇氣相催化生長（Nature Communications 6, 6499(2015)）以及石墨烯納米帶的可控制備(Nature Communications (2017, 8, 14703))。

相關(guān)研究先后得到了科技部重大專項、中科院前瞻性重點部署項目、中科院B類先導(dǎo)專項以及上海市科委項目的支持。該項研究的合作單位包括上海科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、中南大學(xué)和中科院上海技術(shù)物理研究所。

六角氮化硼基體上直接生長的石墨烯通過調(diào)節(jié)氣源比例可以獲得a）扶手椅型（Armchair）取向邊界與b）鋸齒型（Zigzag）取向邊界

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