高温退火Cu(111)衬底上生长高质量厘米尺寸单晶石墨烯

作者：**海; 陈洋; 岳圆圆; 吕炳辰; 程宇昂; 朱凤前; 贾玉萍; 李绍娟; 孙晓娟; 黎大兵

来源：人工晶体学报, 2023, 52(11): 1980-1988,2013.

DOI：10.3969/j.issn.1000-985X.2023.11.009

• Cu(111)
• 石墨烯
• 高温退火
• 化学气相沉积
• 场效应晶体管

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度,在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力.目前,化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法,满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求.然而,由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性,导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差.为此,通过高温退火工艺制备了Cu(111)单晶衬底,使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制,从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备.根据二者的晶格匹配关系,Cu(111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向,相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起.单晶石墨烯具有高电导率,相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7 Ω·sq-1),其平均薄层电阻低至607.5 Ω·sq-1.高温退火能够清洁铜箔,从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯.将石墨烯用于场效应晶体管(FET),器件的最大开关比为145.5,载流子迁移率为2.31 ×103 cm2·V-1·s-1.基于以上结果,相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备.

• 单位
  中国科学院大学; 吉林财经大学; 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所