大面積石墨烯二維晶體可控生長及其器件應用

吳雅蘋，陳珊珊，康俊勇

廈門大學 物理系 廈門 361005

　　石墨烯是理想的二維晶體，具有超高的載流子遷移率、電導率、熱導率、透光性、強度等優點，在高速計算芯片、復合材料、平板顯示、儲能元件呈現出廣闊的應用前景。目前，石墨烯的可控生長，尤其是大面積，仍是制約其應用的關鍵難點，亟需深入研究和探索。

　　為此，我們采用化學氣相沉積技術，在Cu-Ni 合金表面制備了二維的石墨烯薄膜。通過碳同位素標定，結合拉曼散射譜像掃描，揭示了石墨烯在Cu-Ni 合金表面的生長為溶解析出機制;系統地研究了生長溫度、生長時間、冷卻速率和碳原子的擴散系數對石墨烯薄膜覆蓋度及其同位素組分的影響;根據對其生長機制的理解和生長條件的調控，成功制備了單層石墨烯;并進一步獲得了均勻性良好的大面積雙層石墨烯薄膜，通過拉曼散射光譜和選區衍射圖像，證明其為具有強烈層間耦合的AB 堆疊結構。

　　此外，采用第一性原理模擬石墨烯與團簇和薄膜兩種不同形態結構的Au 之間的化學相互作用和體系的電導特性，為器件設計提供理論依據;并運用表面金屬摻雜技術，在石墨烯表面構建零維Au 團簇和二維Au 薄膜，結合拉曼散射光譜和TEM 形貌觀測證實了零維Au團簇在石墨烯中引入n 型電導，而二維Au 薄膜則使其呈現p 型電導的規律。據此制作了石墨烯場效應晶體管器件，通過精確控制沉積Au 的形態及覆蓋度，實現對石墨烯電導類型和載流子濃度的有效地調控，拓展了石墨烯在微電子領域的應用。