上海微系統(tǒng)所實現(xiàn)AB堆垛雙層石墨烯的快速生長

　　在02國家重大專項的支持下，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所在石墨烯研究中取得新進展：采用銅蒸氣輔助，在Cu-Ni合金襯底上實現(xiàn)AB堆垛雙層石墨烯（ABBG）的快速生長，典型單晶疇尺寸約300微米，生長時間約10分鐘，速度比現(xiàn)有報道提高約一個數(shù)量級。研究論文于2月24日在small 上在線發(fā)表（C. Yang, et al., Copper-Vapor-Assisted Rapid Synthesis of Large AB-Stacked Bilayer Graphene Domains on Cu-Ni Alloy, DOI: 10.1002/smll.201503658）。

　　ABBG可以通過電場產生可調帶隙，對于石墨烯在邏輯器件及光電子器件等方向的應用具有重要價值，但如何快速生長大晶疇ABBG仍然是一個亟待解決的技術難題。傳統(tǒng)Cu襯底上的表面催化機理由于自限制效應嚴重阻礙了第二層石墨烯的生長，而Ni襯底上的溶解析出機制存在層數(shù)不均、晶核大小難以控制等難題。

　　上海微系統(tǒng)所石墨烯研究團隊近期采用Cu-Ni合金在國際上首次報道了1.5英寸石墨烯單晶的超快生長，論文在Nature Material上發(fā)布 (DOI: 10.1038/nmat4477)。在此基礎上，通過引入銅蒸氣，實現(xiàn)了大晶疇ABBG的快速生長。銅蒸氣的參與降低了Cu-Ni合金襯底表面第一層石墨烯的生長速度，提高了融入襯底的活性碳原子濃度，而融入襯底的碳原子通過等溫析出形成了和第一層石墨烯具有嚴格取向關系的大晶疇ABBG。與現(xiàn)有文獻相比，Cu蒸汽和Cu-Ni合金的協(xié)同效應將ABBG的生長速度提高約一個數(shù)量級。該研究為ABBG的規(guī)模制備打通了一條重要的技術路徑，為探索AB堆垛雙層石墨烯在微電子和光電子器件方向的應用奠定了基礎。