上海微系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)AB堆垛雙層石墨烯的快速生長(zhǎng)

　　在02國(guó)家重大專項(xiàng)的支持下，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所在石墨烯研究中取得新進(jìn)展：采用銅蒸氣輔助，在Cu-Ni合金襯底上實(shí)現(xiàn)AB堆垛雙層石墨烯（ABBG）的快速生長(zhǎng)，典型單晶疇尺寸約300微米，生長(zhǎng)時(shí)間約10分鐘，速度比現(xiàn)有報(bào)道提高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。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(chǎng)產(chǎn)生可調(diào)帶隙，對(duì)于石墨烯在邏輯器件及光電子器件等方向的應(yīng)用具有重要價(jià)值，但如何快速生長(zhǎng)大晶疇ABBG仍然是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。傳統(tǒng)Cu襯底上的表面催化機(jī)理由于自限制效應(yīng)嚴(yán)重阻礙了第二層石墨烯的生長(zhǎng)，而Ni襯底上的溶解析出機(jī)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(tuán)隊(duì)近期采用Cu-Ni合金在國(guó)際上首次報(bào)道了1.5英寸石墨烯單晶的超快生長(zhǎng)，論文在Nature Material上發(fā)布 (DOI: 10.1038/nmat4477)。在此基礎(chǔ)上，通過引入銅蒸氣，實(shí)現(xiàn)了大晶疇ABBG的快速生長(zhǎng)。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(zhǎng)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(yán)格取向關(guān)系的大晶疇ABBG。與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比，Cu蒸汽和Cu-Ni合金的協(xié)同效應(yīng)將ABBG的生長(zhǎng)速度提高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究為ABBG的規(guī)模制備打通了一條重要的技術(shù)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(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。