理论教育 基于种子诱导法的石墨烯图案化技术

基于种子诱导法的石墨烯图案化技术

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:基于种子诱导法制备石墨烯的基本思路是通过种子层的引入辅助或者促进石墨烯的成核,进而改善石墨烯的生长情况。图5-24种子诱导法制备石墨烯/BN图案流程及结果图基于种子诱导法的石墨烯外延生长原理图;Cu箔表面种子层规则排列后SEM图;在种子层诱导下制备石墨烯图案SEM图;石墨烯完全覆盖基底后SEM图;以石墨烯晶畴排列成图案的SEM图

基于种子诱导法的石墨烯图案化技术

基于种子诱导法制备石墨烯的基本思路是通过种子层的引入辅助或者促进石墨烯的成核,进而改善石墨烯的生长情况(晶畴尺寸、生长速度等)。基于该方法,通过选择能够促进成核、外延生长的材料作为种子层,并将种子层进行图案化排列,就可以在生长过程中直接获得相应图案的石墨烯结构。

2016年,Song等利用PMMA作为种子层,对h-BN上石墨烯的晶畴成核密度和位置进行有效控制,实现了石墨烯/h-BN图案化阵列的原位制备,其图案化制备流程如图5-24所示。首先,利用EBL技术在Cu箔上制备特定的PMMA种子图案,在随后的CVD法生长过程中充当成核位点;然后,将Cu箔放置到低压CVD系统中,在1000℃条件下使用氨硼烷(BA)作为前驱体,在Cu箔上生长完全覆盖的单层h-BN;最后在h-BN表面上实现石墨烯薄膜的图案化生长。图5-24(b~e)展示了部分实验结果的SEM图,从图中可以看出,利用该方法可以规则地控制石墨烯的成核及外延生长。值得注意的是,通过改变种子的间距可以对材料的成核密度和晶畴尺寸进行调节,进一步结合种子排布方式可以实现不同石墨烯图案的可控制备。该方法原理和实验操作较为简单,制备过程无剧烈物理化学反应参与,而且基于这种方法制备的单晶石墨烯/h-BN异质结所构建的场效应晶体管具有良好电学性能和稳定性。该方法在新一代石墨烯光电器件的研发过程具有一定参考价值,然而,材料生长过程随机性较大的问题一定程度上限制了石墨烯图案的精度。

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图5-24 种子诱导法制备石墨烯/BN图案流程及结果图

(a)基于种子诱导法的石墨烯外延生长原理图;(b)Cu箔表面种子层规则排列后SEM图;(c)在种子层诱导下制备石墨烯图案SEM图;(d)石墨烯完全覆盖基底后SEM图;(e)以石墨烯晶畴排列成图案的SEM图

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