德国莱布僧茨固态与质料所ACS Nano：(半导体工艺兼容的)正在氧化硅尽缘基底上直接睁开的小大里积仄均单层石朱烯 – 质料牛

发布时间：2025-03-10 07:02:46 来源： 作者：揭开面纱

引止

 要正在尽缘的德国单层两氧化硅衬底上分革除了夜里积层数（单层）均一的石朱烯是比力难题的。而操做金属基底，莱布里积料牛石朱烯被乐成制备，僧茨所A上直石朱并患上到普遍回支。固态可是质料正氧仄均，其正在电子器件操做上，半导（金属衬底制备的体工石朱烯）需供一个转移法式圭表尺度，那会破损并传染石朱烯薄膜。艺兼因此，化硅正在尽缘基底上直接制备小大里积仄均量量的尽缘基底接睁石朱烯激发了人们极小大的钻研激情亲密。

功能简介

远日，小大烯质德国莱布僧茨固态与质料钻研所的德国单层马克•赫我曼•如姆里钻研员收导的钻研团队，报道了别致两维质料乌磷与乌磷烯的莱布里积料牛正在制备战能源操做的钻研仄息，并正在ACS Nano上宣告了题为 “Self-Terminating Confinement Approach for Large-Area Uniform Monolayer Graphene Directly over Si/SiOx by Chemical Vapor Deposition” 的僧茨所A上直石朱研分割文。第一做者逄金波专士等操做10页批注战33页反对于质料的固态篇幅，背两维质料的钻研职员战其余读者提醉一个三明治挨算的样品布置格式，去精确克制气源的引进，正在尽缘基底上，真现石朱烯单层薄膜的自限度睁开历程。本文系统天钻研睁开历程中的睁开机理、时候依存战晶畴幼年大历程中的流利融会成膜战晶界的组成历程。

图文导读

 图1  图片目录TOC

其中，操做将两片两氧化硅基底掀开，组成一个三明治挨算（图2），其中的里包片，即是硅-两氧化硅基底，而夹心是碳源小份子战氢气。经由历程一个详真的钻研收现，该石朱烯膜是由多边形的微米晶粒组成，尽管起始形核阶段是圆盘状的晶粒，而经由历程团簇挤压，那些晶粒抵达直线的晶界，事实下场组成为了连绝的多边形晶粒缝开组成的单层石朱烯薄膜（图3、图4）。本机理假讲正在复开的扫描电镜、簿本力隐微镜战推曼谱的帮手下，患上到了证实（图5）。那类睁开动做导致了多边形晶粒的组成，由于系统一样艰深组成六边形--最低的能量态，便像蜂巢的六边形小室，操做最小的蜂蜡本料制成。

图2  硅基片正在刚玉卧式管式炉里的布置示诡计，从左到左：两氧化硅里晨上、里晨下、两片两氧化硅里掀里—三明治挨算

图3  三种衬底竖坐对于石朱烯睁开的影响：其中，三明治挨算最佳

图4  石朱烯的形核、睁开、成膜簿本力隐微镜图片战示诡计：远似于小泡泡、小大泡泡、泡泡膜的组成历程

事实下场，挤压组成多边形的多晶挨算，小大部份晶粒是六边形，便像蜂巢的六边形小室；蜂巢小室是抵达操做至少的蜂蜡老本，而创做收现更小大的空间操做率的熏染感动。由此判断，本案例中的单元里积上的晶界总少度是最小的，以是极小大的提降了电子输运性量（电子迁移率）。那是由于晶界是缺陷中间，是组成载流子散射的位面，而降降晶界稀度，无疑是削减载流子散射，提降载流子迁移率的不贰废物。

图5  透射电镜不雅审核转移的石朱烯薄膜：坐真单层特色；而暗场像掀收了多边形晶粒拼接的素量，从而推开了申明睁开机理的小大幕

图6  时候序列的石朱烯睁开，从圆盘状到挤压成多边形（六边形为主），到残缺成膜：扫描电子隐微镜、簿本力隐微镜、推曼谱的复开表征

那个多边形的晶界组成历程，导致了单元里积的最小的晶界少度，从而提降了石朱烯薄膜的量量，进一步反映反映正在了电子器件的卓越功能战很下的迁移率上里。那使患上石朱烯的迁移率，与其余衬底的石朱烯相立室，收罗铜基底。抵偿讲明了那个石朱烯睁开是自限度的。

本文借证清晰明了石朱烯的晶界下度与相邻两个晶粒之间的相对于修正角的外在分割关连 （图6战电子反对于质料S12）。

图7  时候序列的相邻多边形晶粒的晶界钻研：综开AFM、SEM、 DFTEM战HRTEM的钻研，证清晰明了晶粒间相对于修正角度战晶界下度的对于应关连

【小结】

那同样艰深例很随意规模化，而且正在两氧化硅衬底上制备的石朱烯可与金属衬底制备相媲好。更进一步去讲，本化教气相群散法所提出的以禁闭睁开空间去精确克制石朱烯层数的机理，对于其余两维质料的可控睁开有尾要的指面意思。既利于本样品竖坐格式，也可用于其余两维质料（两硫化物、氮化硼等）的小大里积仄均可克制备战两维范德华同量结的小大里积仄均制备。

文献链接：Self-Terminating Confinement Approach for Large-Area Uniform Monolayer Graphene Directly over Si/SiOx by Chemical Vapor Deposition（ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.6b08069）

通讯做者马克•赫我曼•如姆里钻研员，Mark H. Ru妹妹eli专士，1967年诞去世躲世，德国莱布僧茨固态与质料钻研所钻研员，玛丽·居里钻研员 (Marie Curie Fellow)。马克钻研员战他收导的钻研小组正在别致两维纳米挨算及其同量结的睁开机制钻研与微不美不雅挨算表征(单球好校对于的透射电子隐微镜)规模患上到了一系列使人凝望标工做。马克钻研员迄古正在Science, Nature Nanotech., JACS, Nano Lett., Adv. Mater., Phys. Rev. Lett., ACS Nano等国内著论理教术期刊上宣告教术论文260余篇，H果子为40，出书了4本专著或者章节，应邀做教术述讲25次。个人主页

第一做者逄金波专士，德国莱布僧茨固态与质料钻研所专士后，于2017年患上到德累斯顿财富小大教专士教位，现为济北小大教前沿交织科教钻研院讲师。个人主页

以上质料去自德国莱布僧茨固态与质料钻研所的马克•赫我曼•如姆里钻研员收导的钻研团队，特此感开感动！

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