中國儲能網(wǎng)訊：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯研究再獲重要突破。信息功能材料國家重點實驗室，超導實驗室石墨烯課題組的唐述杰等人，在國際上首次通過引入氣態(tài)催化劑的方法成功實現(xiàn)石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長，研究論文Silane-Catalyzed Fast Growth of Large Single-Crystalline Graphene on Hexagonal Boron Nitride 于3月11日在Nature Communications 上發(fā)表（6:6499 doi: 10.1038/ncomms 7499 (2015)）。
上海微系統(tǒng)所石墨烯團隊自2011年開始開展了六方氮化硼襯底上外延生長石墨烯單晶以及其性能表征的工作，并取得了一系列的成果。他們在前期掌握石墨烯形核控制（Carbon, 50, 329 (2012)）、確定單晶和襯底的取向關(guān)系（Scientific Reports, 3, 2666, (2013)）的基礎(chǔ)上，以乙炔為碳源，創(chuàng)新性地引入硅烷作為催化劑，通過化學氣相外延的方法制備晶疇尺寸超過20微米的石墨烯單晶，生長速率較之前的文獻報道提高了兩個數(shù)量級，超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴格取向，呈現(xiàn)由莫瑞條紋引起的～14nm的二維超晶格結(jié)構(gòu)，制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過20,000 cm2/V·s。
石墨烯以其優(yōu)異的電學性能、出眾的熱導率以及卓越的力學性能等而被人們普遍認為是為后硅CMOS時代延續(xù)摩爾定律的最有競爭力電子材料。然而石墨烯的電學性質(zhì)受到襯底的影響很大，電荷雜質(zhì)和聲子散射會使石墨烯的電學性能極大地下降。研究表明，六方氮化硼由于其表面原子級平整、無懸掛鍵、優(yōu)異的絕緣性能等優(yōu)勢，成為石墨烯電子器件的絕佳襯底。在六角氮化硼表面通過化學氣相沉積方法直接生長石墨烯單晶，可以避免因物理轉(zhuǎn)移所帶來的介面污染和破損缺陷，為其在集成電路領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。然而，由于襯底缺乏催化能力，在六角氮化硼這類電介質(zhì)表面直接生長石墨烯單晶一直是橫亙在整個石墨烯研究領(lǐng)域的一項巨大難題。該項研究提出的氣態(tài)催化方法已經(jīng)申請專利，可以為在介質(zhì)襯底上制備高質(zhì)量石墨烯單晶薄膜提供全新的思路和技術(shù)方案。
該項工作得到了科技部重大專項、中國科學院和上海市科委相關(guān)研究計劃的資助。
氣相催化法生長石墨烯單晶的示意圖（左）和所得單晶尺寸和生長速率與之前文獻報道數(shù)據(jù)比較（右）
