大面積石墨烯二維晶體可控生長及其器件應(yīng)用

吳雅蘋，陳珊珊，康俊勇

廈門大學(xué) 物理系 廈門 361005

　　石墨烯是理想的二維晶體，具有超高的載流子遷移率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、透光性、強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在高速計(jì)算芯片、復(fù)合材料、平板顯示、儲能元件呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前，石墨烯的可控生長，尤其是大面積，仍是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵難點(diǎn)，亟需深入研究和探索。

　　為此，我們采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在Cu-Ni 合金表面制備了二維的石墨烯薄膜。通過碳同位素標(biāo)定，結(jié)合拉曼散射譜像掃描，揭示了石墨烯在Cu-Ni 合金表面的生長為溶解析出機(jī)制;系統(tǒng)地研究了生長溫度、生長時間、冷卻速率和碳原子的擴(kuò)散系數(shù)對石墨烯薄膜覆蓋度及其同位素組分的影響;根據(jù)對其生長機(jī)制的理解和生長條件的調(diào)控，成功制備了單層石墨烯;并進(jìn)一步獲得了均勻性良好的大面積雙層石墨烯薄膜，通過拉曼散射光譜和選區(qū)衍射圖像，證明其為具有強(qiáng)烈層間耦合的AB 堆疊結(jié)構(gòu)。

　　此外，采用第一性原理模擬石墨烯與團(tuán)簇和薄膜兩種不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的Au 之間的化學(xué)相互作用和體系的電導(dǎo)特性，為器件設(shè)計(jì)提供理論依據(jù);并運(yùn)用表面金屬摻雜技術(shù)，在石墨烯表面構(gòu)建零維Au 團(tuán)簇和二維Au 薄膜，結(jié)合拉曼散射光譜和TEM 形貌觀測證實(shí)了零維Au團(tuán)簇在石墨烯中引入n 型電導(dǎo)，而二維Au 薄膜則使其呈現(xiàn)p 型電導(dǎo)的規(guī)律。據(jù)此制作了石墨烯場效應(yīng)晶體管器件，通過精確控制沉積Au 的形態(tài)及覆蓋度，實(shí)現(xiàn)對石墨烯電導(dǎo)類型和載流子濃度的有效地調(diào)控，拓展了石墨烯在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用。