晶圆级石墨烯单晶形核控制与快速生长机理研究

摘要

本文作者对石墨烯单晶的快速可控制备提出了独创性的研究思路和制备方案。通过向具有一定溶碳能力的Cu85Ni15合金表面局域提供碳源，产生局部碳浓度过饱和，成功解决了石墨烯单个核心控制形核这一技术难题。研究发现，Cu85Ni15衬底上石墨烯的生长遵循一种全新的等温析出机制。由于溶解在合金衬底内的碳原子参与了表面的石墨烯反应，导致石墨烯单晶的快速生长，速度高达180μm/min。基于全新的机理和参数优化，经过-2.5小时的生长成功制备了-1.5英寸的石墨烯单晶，生长速度和单晶大小都创造了新的世界纪录。单晶石墨烯室温下的载流子迁移率为10,000-20,000cm2V-1s-1。通过单核控制制备晶圆级石墨烯可以视为是三维硅单晶技术在二维材料中的再现，对于推动石墨烯在电子学领域的应用具有重要意义。