CVD方法原位生長的的石墨烯納米帶

硅基晶體管的集成正在接近工藝物理的極限，而具有超高載流子遷移率的石墨烯有望成為下一代主流芯片材料。石墨烯納米帶中存在由量子效應(yīng)引入的帶隙，使之具有獨特的電學性能，可以克服石墨烯本身半金屬特質(zhì)帶來的不便，更適用于集成電路的制造。

在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所有機固體實驗室研究員于貴課題組在石墨烯二維材料的制備策略、性能及其應(yīng)用方面開展了系列研究。前期工作中，科研人員對具有扭轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯的制備策略及其獨特性能進行了系統(tǒng)總結(jié) （Adv. Mater. 2021, 33, 2004974.）；進一步綜述了扭角多層石墨烯及其異質(zhì)結(jié)的制備方法，并回顧了多種類型的異質(zhì)結(jié)自上而下的制備策略（Adv. Sci. 2021, DOI:10.1002/advs.202103170. ACS Nano 2021, 15, 11040.）；此外，科研人員總結(jié)了不同類型的襯底用以制備高質(zhì)量石墨烯及其在電子學方面的應(yīng)用（Chem. Mater. 2021, 33, 8960.）。由于本征石墨烯的零帶隙限制了其在光電器件中的應(yīng)用，因此科研人員分析總結(jié)了石墨烯納米帶自下而上的生長策略，通過調(diào)控石墨烯納米帶的寬度、邊緣結(jié)構(gòu)等可以實現(xiàn)帶隙調(diào)節(jié)（Adv. Mater. 2020, 32, 1905957.）。  

快速、大面積、低成本制備高質(zhì)量石墨烯納米帶的方法仍有待發(fā)展。最近，課題組和清華大學教授徐志平團隊合作通過調(diào)控化學氣相沉積過程中的生長參數(shù)，直接在液態(tài)金屬表面原位生長出大面積、高質(zhì)量的石墨烯納米帶陣列（如圖）。研究表明，將氫氣的流速控制在相對微量的狀態(tài)，同時以液態(tài)金屬作為催化基底，可以引入一種新型的梳狀刻蝕行為，從而調(diào)控石墨烯的生長。實驗發(fā)現(xiàn)，利用梳狀刻蝕控制石墨烯的生長可以將傳統(tǒng)的薄膜生長轉(zhuǎn)化為準一維的線性生長，從而直接制備高質(zhì)量、大面積的石墨烯納米帶陣列。通過優(yōu)化生長條件，可以將石墨烯納米帶的寬度縮小至8納米，并且長度大于3微米。該工作為大面積、快速制備石墨烯納米帶的研究奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在最National Science Review上。