上海微系統(tǒng)所鍺輔助絕緣體上石墨烯材料生長研究獲進展

　　近期，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI(絕緣體上硅)材料與器件課題組在絕緣體襯底上直接制備石墨烯研究方面取得新進展。制備絕緣體上石墨烯是推動石墨烯在微電子領(lǐng)域應(yīng)用的重要基礎(chǔ)條件，針對這一需求，SOI材料與器件課題組的研究人員使用鍺薄膜做催化劑，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）方法成功在二氧化硅、藍寶石、石英玻璃等絕緣襯底上制備出高質(zhì)量單層石墨烯材料，并將其成功應(yīng)用于除霧器等電加熱器件。相關(guān)研究成果以Germanium-assisted Direct Growth of Graphene on Arbitrary Dielectric Substrates for Heating Devices 為題近期在Small上發(fā)表（DOI: 10.1002/smll.201700929）。

　　石墨烯，由于其優(yōu)異的物理性質(zhì)一直受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，為了實現(xiàn)在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用，石墨烯薄膜需要轉(zhuǎn)移或直接生長到絕緣襯底上。直接在絕緣襯底上生長石墨烯，有利于獲得晶圓級石墨烯材料，對推動石墨烯材料在集成電路等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。但由于絕緣襯底本身不具有催化能力，使用Cu（銅）、Ni（鎳）等金屬催化劑又難免引入金屬沾污，因此該項研究一直面臨許多挑戰(zhàn)。上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗室的汪子文、薛忠營等人基于鍺襯底上生長高質(zhì)量單層石墨烯的研究基礎(chǔ)，在絕緣襯底上預(yù)先沉積鍺薄膜作為催化劑，通過優(yōu)化石墨烯生長溫度和生長時間，在完全蒸發(fā)掉鍺薄膜的同時實現(xiàn)單層石墨烯在絕緣襯底表面的全覆蓋。在研究中他們還發(fā)現(xiàn)，石墨烯的形狀完全依賴于鍺薄膜的形狀，因此該方法既可以實現(xiàn)晶圓級石墨烯薄膜的生長，也可以通過預(yù)先設(shè)計的鍺圖形定義后續(xù)石墨烯器件所需圖形化的生長。獲得的絕緣體上石墨烯材料表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能，初步展示了其在除霧、電致變色等加熱器件方面的應(yīng)用。該項研究為獲得晶圓級絕緣體上石墨烯奠定了基礎(chǔ)，有助于推動石墨烯材料在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　該項工作得到了“萬人計劃”青年拔尖人才項目、中科院前沿科學(xué)重點研究項目和上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人計劃的資助。

上海微系統(tǒng)所鍺輔助絕緣體上石墨烯材料生長研究獲進展