中科院上海微系統所：實現六角氮化硼表面石墨烯邊界調控

【成果簡介】

近日，Nanoscale雜志以“Edge Control of Graphene Domains Grown on Hexagonal Boron Nitride”為題，在線刊登了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陳令修、王浩敏等科研人員在石墨烯可控生長研究領域取得的重要進展。論文被該雜志選為封底配圖文章。

【圖文導讀】

圖1 示意圖

六角氮化硼基體上直接生長的石墨烯通過調節氣源比例可以獲得a）扶手椅型（Armchair）取向邊界與b）鋸齒型（Zigzag）取向邊界。

圖2 在h-BN上的外延石墨烯帶的電子傳輸

（A）在不同溫度下，200 nm寬的外延石墨烯帶的四探針電阻的背柵依賴性。

（B）在4?K的磁場下的情況。

【研究內容】

理想的石墨烯是零帶隙半金屬，邊界是影響其電子能帶結構的重要因素。實現對石墨烯晶疇的邊界調控是受到廣泛認同的前沿課題。然而，這項研究卻面臨著缺乏理論指導和具體解決方案的多重挑戰。因此，實現邊界可控乃至條帶制備對于石墨烯基本物理性質的研究及在電子學等方面的應用具有極其重要的意義。

在絕緣的六角氮化硼基體上直接生長石墨烯并調控邊界，既可以最大限度地保持石墨烯優良的本征特性又可以在生長后直接應用于納米電子器件，避免了從金屬基體轉移所帶來的界面污染和晶格破壞。上海微系統所研究人員在六角氮化硼表面實現石墨烯氣相催化生長工作的基礎上，首次通過改變碳源氣體（C₂H₂）與催化氣體（SiH₄）比例，成功實現石墨烯晶疇的邊界調控，晶疇邊界可以在扶手椅型（Armchair）取向和鋸齒型（Zigzag）取向之間進行控制。通過利用與六角氮化硼基體精確對準的石墨烯表面展現出摩爾條紋超晶格結構，結合原子分辨原子力顯微鏡（AFM）圖像作為判斷依據，實現對石墨烯邊界取向識別。以此工藝為基礎，在六角氮化硼表面單層臺階處外延生長，并成功得到不同取向且邊界平直的石墨烯條帶。

該研究成果為石墨烯納米帶的大規模制備及能帶工程研究提供了可選擇性方案。

近年來，圍繞面向微電子應用的高質量石墨烯材料制備的這一主題，上海微系統所研究團隊走出了具有鮮明特色的研究路徑，特別是在六角氮化硼表面石墨烯可控制備領域，該研究團隊取得了一系列原創性的研究成果：氮化硼表面石墨烯形核機理（Carbon 50, 329-331（2012））、石墨烯堆垛取向識別（Scientific Reports 3, 2666（2013））、石墨烯晶疇氣相催化生長（Nature Communications 6, 6499(2015)）以及石墨烯納米帶的可控制備(Nature Communications (2017, 8, 14703))。

相關研究先后得到了科技部重大專項、中科院前瞻性重點部署項目、中科院B類先導專項以及上海市科委項目的支持。該項研究的合作單位包括上海科技大學、華中科技大學、中南大學和中科院上海技術物理研究所。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201708/t20170822_4611779.shtml

文獻鏈接：Edge Control of Graphene Domains Grown on Hexagonal Boron Nitride (Nanoscale, 2017, DOI:10.1039/C7NR02578E)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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