大面积石墨烯二维晶体可控生长及其器件应用

大面积石墨烯二维晶体可控生长及其器件应用

吴雅苹，陈珊珊，康俊勇

厦门大学 物理系 厦门 361005

　　石墨烯是理想的二维晶体，具有超高的载流子迁移率、电导率、热导率、透光性、强度等优点，在高速计算芯片、复合材料、平板显示、储能元件呈现出广阔的应用前景。目前，石墨烯的可控生长，尤其是大面积，仍是制约其应用的关键难点，亟需深入研究和探索。

　　为此，我们采用化学气相沉积技术，在Cu-Ni 合金表面制备了二维的石墨烯薄膜。通过碳同位素标定，结合拉曼散射谱像扫描，揭示了石墨烯在Cu-Ni 合金表面的生长为溶解析出机制;系统地研究了生长温度、生长时间、冷却速率和碳原子的扩散系数对石墨烯薄膜覆盖度及其同位素组分的影响;根据对其生长机制的理解和生长条件的调控，成功制备了单层石墨烯;并进一步获得了均匀性良好的大面积双层石墨烯薄膜，通过拉曼散射光谱和选区衍射图像，证明其为具有强烈层间耦合的AB 堆叠结构。

　　此外，采用第一性原理模拟石墨烯与团簇和薄膜两种不同形态结构的Au 之间的化学相互作用和体系的电导特性，为器件设计提供理论依据;并运用表面金属掺杂技术，在石墨烯表面构建零维Au 团簇和二维Au 薄膜，结合拉曼散射光谱和TEM 形貌观测证实了零维Au团簇在石墨烯中引入n 型电导，而二维Au 薄膜则使其呈现p 型电导的规律。据此制作了石墨烯场效应晶体管器件，通过精确控制沉积Au 的形态及覆盖度，实现对石墨烯电导类型和载流子浓度的有效地调控，拓展了石墨烯在微电子领域的应用。