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直接在液态金属表面原位生长大面积石墨烯纳米带阵列!
2022-1-10

  

直接在液态金属表面原位生长大面积石墨烯纳米带阵列!

硅基晶体管的集成正在接近工艺物理的极限,而具有超高载流子迁移率的石墨烯有望成为下一代主流芯片材料。石墨烯纳米带中存在由量子效应引入的带隙,使之具有独特的电学性能,可以克服石墨烯本身半金属特质带来的不便,更适用于集成电路的制造。快速、大面积、低成本制备高质量石墨烯纳米带的方法仍有待发展。

中科院化学所有机固体实验室于贵研究员课题组在石墨烯二维材料的制备策略、性能及其应用方面进行了系列性研究。近日,该课题组和清华大学徐志平团队合作通过调控化学气相沉积过程中的生长参数,直接在液态金属表面原位生长出大面积、高质量的石墨烯纳米带阵列(图1)。相关研究成果以题为In situ growth of large-area and self-aligned graphene nanoribbon arrays on liquid metal发表在National Science Review期刊上,论文第一作者为博士生蔡乐,通讯作者为于贵研究员和徐志平教授。

 

图1. CVD方法原位生长的的石墨烯纳米带。

研究表明,将氢气的流速控制在一个相对微量的状态,同时以液态金属作为催化基底,可以引入一种新型的梳状刻蚀行为,从而调控石墨烯的生长。实验发现,利用梳状刻蚀控制石墨烯的生长,可以将传统的薄膜生长转化为准一维的线性生长,从而直接制备高质量、大面积的石墨烯纳米带阵列。通过优化生长条件,可以将石墨烯纳米带的宽度缩小至8 纳米,且长度大于3 微米。该工作为大面积、快速制备石墨烯纳米带的研究奠定了基础。


图2. 长程且细的GNR单晶。

图3. 石墨烯的生长行为是氢流量或生长时间的函数。

图4. 石墨烯图案在竞争生长和蚀刻过程中时间演化的理论模型。

图5. GNR阵列的宽度由氢流量调节。

本文来自“中国科学院化学研究所”。


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