首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質量石墨烯單晶晶圓

首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質量石墨烯單晶晶圓

中國科學院上海微系統與信息技術研究所石墨烯單晶晶圓研究取得新進展。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首次在較低溫度（750℃）條件下采用化學氣相沉積外延成功制備6英寸無褶皺高質量石墨烯單晶晶圓。研究論文于4月4日在Small上在線發表(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：一種方式是以單點形核控制來制備石墨烯單晶；另一種是表面外延生長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一般需要1000℃或更高的溫度，容易產生褶皺、污染，不但產生較高的能耗，也容易導致石墨烯性能降低。

首次在較低溫度條件下制備6英寸無褶皺高質量石墨烯單晶晶圓

左圖：石墨烯單晶晶圓生長設計及實驗結果；右圖：低溫制備的6英寸石墨烯單晶晶圓

上海微系統所研究團隊采用藍寶石作為襯底成功制備出具有更強催化能力的銅鎳（111）單晶薄膜，成功將外延生長石墨烯單晶的生長溫度從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發展的基石，而單晶石墨烯晶圓的批量化制備則是其在電子學領域規模化應用的前提。通過低溫外延制備晶圓級石墨烯單晶對于推動石墨烯在電子學領域的應用具有重要意義。

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