中國石墨烯技術(shù)重大突破——石墨烯層數可調控

　　導讀：近期，中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室SOI材料課題組在層數可控石墨烯薄膜制備方面取得新進(jìn)展。課題組設計了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術(shù)引入碳源，通過(guò)精確控制注入碳的劑量，成功實(shí)現了對石墨烯層數的調控。

　　近期，中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室SOI材料課題組在層數可控石墨烯薄膜制備方面取得新進(jìn)展。課題組設計了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術(shù)引入碳源，通過(guò)精確控制注入碳的劑量，成功實(shí)現了對石墨烯層數的調控。相關(guān)研究成果以Synthesis of Layer-Tunable Graphene：A Combined Kinetic Implantation and Thermal Ejection Approach 為題作為背封面(Back Cover)文章發(fā)表在A(yíng)dvanced FunctionalMaterials 2015年第24期上。

　　石墨烯以其優(yōu)異的電學(xué)性能、出眾的熱導率以及卓越的力學(xué)性能等被人們普遍認為是后硅CMOS時(shí)代延續摩爾定律的最有競爭力的電子材料，擁有廣闊的應用前景。然而，針對特殊的應用需求必須對石墨烯的層數進(jìn)行精確控制。上海微系統所SOI材料課題組圍繞石墨烯層數控制問(wèn)題，結合Ni和Cu在CVD法中制備石 墨烯的特點(diǎn)，利用兩種材料對碳溶解能力的不同，設計了Ni/Cu體系(即在25 μm厚的Cu箔上電子束蒸發(fā)一層300 nm的Ni )，并利用半導體產(chǎn)業(yè)中成熟的離子注入技術(shù)將碳離子注入到Ni/Cu體系中的Ni層中，通過(guò)控制注入碳離子的劑量(即4E15 atms/cm2劑量對應單層石墨烯，8E15 atoms/cm2劑量對應雙層石墨烯)，經(jīng)退火后成功實(shí)現了單、雙層石墨烯的制備。

　　與傳統的CVD制備石墨烯工藝相比，離子注入技術(shù)具有低溫摻雜、精確的能量和劑量控制和高均勻性等優(yōu)點(diǎn)，采用離子注入法制備石墨烯單雙層數僅受碳注入劑量的影響，與氣體的體積比、襯底厚度以及生長(cháng)溫度無(wú)關(guān)。此外，離子注入技術(shù)與現代半導體技術(shù)相兼容，有助于實(shí)現石墨烯作為電子材料在半導體器件領(lǐng)域真正的應用。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金委創(chuàng )新研究群體、優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院高遷移率材料創(chuàng )新研究團隊等相關(guān)研究計劃的支持。