1成果簡介

　　自2008年以來，基于化學(xué)氣相沉積（CVD）的可擴(kuò)展石墨烯合成技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，但需要持續(xù)高品質(zhì)材料的基礎(chǔ)研究仍依賴于剝離石墨烯。本文，哥倫比亞大學(xué)James Hone等研究人員在《Nano Lett》期刊發(fā)表名為“Moving Beyond Scotch Tape: Scalable Transfer of Research-Grade CVD Graphene”的論文，研究采用蒸發(fā)鎳技術(shù)，將超高品質(zhì)的CVD石墨烯從Cu(111)基底轉(zhuǎn)移為連續(xù)薄膜或預(yù)定義形狀的陣列。通過精確控制蒸發(fā)條件，避免了對石墨烯的損傷，從而保持其固有品質(zhì)。該干式轉(zhuǎn)移工藝最大限度降低了應(yīng)變與摻雜。經(jīng)六方氮化硼封裝后，CVD生長石墨烯展現(xiàn)出與頂級剝離石墨烯器件相當(dāng)?shù)牡蜏卮泡斶\(yùn)特性。通過堆疊CVD生長石墨烯，可制備扭轉(zhuǎn)紊亂度極低的神奇角扭曲雙層石墨烯。這些成果證明，CVD生長石墨烯甚至能替代剝離片材，滿足最嚴(yán)苛的應(yīng)用需求。

2圖文導(dǎo)讀

圖1. 鎳輔助的大面積/圖案化石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至SiO?/Si基底。a，鎳輔助化學(xué)氣相沉積石墨烯轉(zhuǎn)移示意圖： (1) 在生長后的Gr/Cu(111)表面蒸鍍Ni層(2) 在金屬表面旋涂聚丙烯碳酸酯(PPC)層及熱敏剝離膠帶(TRT)，實(shí)現(xiàn)PPC/Ni/Gr層從Cu基底剝離 (3) 層壓至SiO?/Si基底，清除TRT/PPC殘留物，并用鹽酸蝕刻N(yùn)i膜。b. 轉(zhuǎn)移至SiO?/Si的大面積石墨烯薄膜光學(xué)圖像。圖(b)插圖為放大視圖，顯示石墨烯薄膜無褶皺、無附加層且無空隙。c-d，分別采用透射電子顯微鏡網(wǎng)格和SiNx/Si陰影掩模轉(zhuǎn)移至SiO2/Si基底的石墨烯方形與冠狀圖案光學(xué)圖像。e，天然Gr-SiO2階梯的AFM圖像，其高度為0.34納米，表明石墨烯表面無殘留。f-g，具有代表性的超平整石墨烯方形與冠狀圖案的AFM圖像。

圖2. 硅二氧化物/硅基底上化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜的摻雜與應(yīng)變抑制。

圖3. 鎳轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的輸運(yùn)特性。

圖4. 采用鎳轉(zhuǎn)移石墨烯制備魔角CVD單層黑磷石墨烯。

3小結(jié)

　　這些發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著一個(gè)關(guān)鍵臨界點(diǎn)：在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯已不存在可察覺的劣勢。事實(shí)上，鎳轉(zhuǎn)移石墨烯中的低應(yīng)變紊亂對組裝摩爾異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢，并能提升量子霍爾響應(yīng)——因?yàn)閼?yīng)變梯度會在石墨烯中誘導(dǎo)出贗磁場。

　　除了節(jié)省時(shí)間和精力之外，與剝落石墨烯相比，單晶 CVD 石墨烯的使用還具有多種實(shí)際優(yōu)勢，包括確定性形狀控制和明確的晶體取向。剝離石墨烯本質(zhì)上是隨機(jī)的和尺寸有限的，而這種 CVD 平臺可以大面積生產(chǎn)高性能石墨烯，為集成到先進(jìn)設(shè)備架構(gòu)中鋪平道路。利用預(yù)定義的石墨烯陣列還將簡化機(jī)器人異質(zhì)結(jié)構(gòu)組裝的過程。為了實(shí)現(xiàn)研究級石墨烯器件的可擴(kuò)展制造，剩下的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是將 hBN 介電層“超越透明膠帶”。這一挑戰(zhàn)可以通過繼續(xù)提高 hBN 薄膜的質(zhì)量或利用大規(guī)模剝離來解決來自高質(zhì)量的單晶?；蛘?，其他低無序電介質(zhì)可以為許多應(yīng)用提供足夠的質(zhì)量。

　　文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03305

　　來源：材料分析與應(yīng)用