石墨烯+聚合物　電子遷移率更高

　　石墨烯(graphene)被很多人認為是矽材料的后繼者，因為其電子遷移率可達到矽的十倍以上，并解決了矽材料在制程微縮方面的許多問(wèn)題;不過(guò)石墨烯缺乏制作電晶體所需的能隙(bandgap)，也延遲了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?，F在有研究人員提出以導電聚合物涂布石墨烯的方式，號稱(chēng)能制造出價(jià)格比采用矽材料廉價(jià)許多的有機電子元件。

　　瑞典于默奧大學(xué)(Umea University)的研究人員正與美國史丹佛大學(xué)(Stanford University)以及后者旗下的同步雷射光源實(shí)驗室(SSRL，原名為SLAC-史丹佛線(xiàn)性加速中心)合作，以新開(kāi)發(fā)的石墨烯/聚合物混合材料打造原型，并有了顯著(zhù)成果;研究人員不但大幅加速聚合物使之成為高遷移率半導體，該混合材料具備的高彈性，似乎能同時(shí)應用在平面電子元件以及垂直導向的LED與太陽(yáng)能電池等元件。

　　上述跨國研究團隊主持人、于默奧大學(xué)教授David Barbero表示，他們所開(kāi)發(fā)的聚合物薄膜本身是軟性的，石墨烯層也是軟性的，而實(shí)驗所采用的玻璃與矽基板則是堅硬的，因此整體堆疊也是堅硬的;但是該石墨烯/聚合物薄膜也能應用在軟性基板上，讓整體堆疊也成為軟性，支援各種可撓性的應用。目前他的團隊正在史丹佛的SSRL進(jìn)行實(shí)驗。

　　要在整個(gè)晶圓片上沉積石墨烯并不容易，Barbero的團隊發(fā)現了一種方法，能輕易地在金屬上生長(cháng)石墨烯層，然后將之轉移到幾乎任何一種基板上，包括實(shí)驗所采用的矽與玻璃，以及其他軟性聚合物基板。

　　在石墨烯層上添加半導體聚合物能大幅提升電子遷移率

　　(來(lái)源：Umea University)

　　Barbero表示，研究團隊利用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)與垂直石英管，將大面積的單層石墨烯與銅箔合成;接著(zhù)以旋轉涂布方式在該石墨烯層上添加聚合物層(聚甲基丙烯酸甲酯，poly-methyl meth-acrylate，簡(jiǎn)稱(chēng)PMMA)，而銅箔部分則以過(guò)硫酸銨(ammonium persulfate)蝕刻、并以濕式清洗去除殘留。

　　最后該石墨烯層漂浮在去離子水上，并轉移到矽或玻璃基板進(jìn)行干燥，將PMMA分解之后就會(huì )剩余純凈的石墨烯層;Barbero指出：“下一步是在石墨烯上沉積半導體聚合物，這是利用稀釋過(guò)的溶液進(jìn)行旋轉涂布直到干燥，然后就會(huì )產(chǎn)生厚度適中且均勻的薄膜?！?/p>

　　在描繪新材料特性時(shí)，研究人員的大發(fā)現是該混合材料的電子遷移率反而會(huì )因為沉積厚度稍微較高的半導體聚合物而提升，這與其他薄膜可產(chǎn)生的作用正好相反;也就是說(shuō)，若聚合物半導體的沉積厚度達到約50奈米，其電子遷移率的提升倍數會(huì )比沉積厚度僅10奈米的相同聚合物高出五十倍。研究人員推測，這是因為厚度較高的薄膜比較厚度低的薄膜，能提供隨機定向晶體之間更多的路徑(不同于單晶薄膜的晶體是并排的)。

　　圖中顯示為何厚度較高的薄膜能具備更高的電子遷移率

　　(來(lái)源：Umea University)

　　除了長(cháng)出性能更佳的石墨烯，研究人員另一個(gè)發(fā)現是，該材料與表面垂直的軸心之傳導性也同樣好，使得該透明材料能成為例如廉價(jià)太陽(yáng)能電池與LED等光電元件的優(yōu)良候選材料。Barbero表示：“實(shí)驗結果顯示該種材料有潛力做為光電應用，而且利用石墨烯層確實(shí)很有機會(huì )打造出效率更高，且重量更輕、超薄、軟性的太陽(yáng)能電池?！?/p>

　　有了初步的發(fā)現，研究人員正著(zhù)手進(jìn)行在石墨烯層上添加不同半導體聚合物的實(shí)驗，目標是讓新材料的性能超越標準矽晶片，并讓所有種類(lèi)的塑膠光電元件性能得到進(jìn)一步的提升。