直接在液態金屬表面原位生長大面積石墨烯納米帶陣列！

直接在液態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引入的帶隙，使之具有獨特的電學性能，可以克服石墨烯本身半金屬特質帶來的不便，更適用于集成電路的制造。快速、大面積、低成本制備高質量石墨烯納米帶的方法仍有待發展。

中科院化學所有機固體實驗室于貴研究員課題組在石墨烯二維材料的制備策略、性能及其應用方面進行了系列性研究。近日，該課題組和清華大學徐志平團隊合作通過調控化學氣相沉積過程中的生長參數，直接在液態金屬表面原位生長出大面積、高質量的石墨烯納米帶陣列（圖1）。相關研究成果以題為In situ growth of large-area and self-aligned graphene nanoribbon arrays on liquid metal發表在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相對微量的狀態，同時以液態金屬作為催化基底，可以引入一種新型的梳狀刻蝕行為，從而調控石墨烯的生長。實驗發現，利用梳狀刻蝕控制石墨烯的生長，可以將傳統的薄膜生長轉化為準一維的線性生長，從而直接制備高質量、大面積的石墨烯納米帶陣列。通過優化生長條件，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。

圖2. 長程且細的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間的函數。

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圖4. 石墨烯圖案在競爭生長和蝕刻過程中時間演化的理論模型。

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圖5. GNR陣列的寬度由氫流量調節。

本文來自“中國科學院化學研究所”。

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