中科院上海微系統所狄增峰團隊：鍺輔助絕緣體上石墨烯材料生長研究獲進展

【成果簡介】

近期，中國科學院上海微系統與信息技術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域應用的重要基礎條件，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量單層石墨烯材料，并將其成功應用于除霧器等電加熱器件。相關研究成果以“Germanium-assisted Direct Growth of Graphene on Arbitrary Dielectric Substrates for Heating Devices”為題近期在Small上發表。

【圖文導讀】

圖1?Ge蒸發和石墨烯形成時間的演變

a1-e1）在920℃下在不同時間在SiO₂/Si上生長的石墨烯的光學圖像

a2-e2）作為生長時間函數的Ge峰強度的拉曼映射

a3-e3）石墨烯的I_2D/I_G比的拉曼映射

f）在920℃下不同CVD時間的Ge的拉曼光譜

g）在920℃下不同CVD時間的石墨烯的拉曼光譜

h）統計I_2D/I_G和I_D/I_G比值作為時間的函數

圖2?Ge蒸發和石墨烯形成與CVD溫度的演變

a1-d1）在不同溫度下在SiO₂/Si上生長300分鐘的石墨烯的光學圖像

a2-d2）作為溫度的函數的Ge峰強度的拉曼映射

a3-d3）石墨烯I_2D/I_G比的拉曼映射

e）在不同溫度下石墨烯生長300分鐘后的Ge的拉曼光譜

f）在不同溫度下生長300分鐘的石墨烯的拉曼光譜

g）統計I_2D/I_G和I_D/I_G比值作為溫度的函數

【研究內容】

石墨烯，由于其優異的物理性質一直受到學術界的廣泛關注，為了實現在微電子領域的應用，石墨烯薄膜需要轉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域的應用具有重要意義。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。上海微系統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量單層石墨烯的研究基礎，在絕緣襯底上預先沉積鍺薄膜作為催化劑，通過優化石墨烯生長溫度和生長時間，在完全蒸發掉鍺薄膜的同時實現單層石墨烯在絕緣襯底表面的全覆蓋。在研究中他們還發現，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晶圓級石墨烯薄膜的生長，也可以通過預先設計的鍺圖形定義后續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出良好的電學性能，初步展示了其在除霧、電致變色等加熱器件方面的應用。該項研究為獲得晶圓級絕緣體上石墨烯奠定了基礎，有助于推動石墨烯材料在微電子領域的應用。

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

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201706/t20170615_4605042.shtml

文獻鏈接：Germanium-assisted Direct Growth of Graphene on Arbitrary Dielectric Substrates for Heating Devices（Small,2017,DOI：10.1002/smll.201700929）

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