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中科院上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐述杰等研究人員，通過引入氣態(tài)催化劑的方法，在國際上首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長。3月11日，相關(guān)研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。
該團(tuán)隊(duì)在前期掌握石墨烯形核控制、確定單晶和襯底的取向關(guān)系的基礎(chǔ)上，以乙炔為碳源，創(chuàng)新性地引入硅烷作為催化劑，通過化學(xué)氣相外延的方法，制備晶疇尺寸超過20微米的石墨烯單晶，生長速度較之前的文獻(xiàn)報(bào)道提高了兩個(gè)數(shù)量級，超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴(yán)格取向，呈現(xiàn)由莫瑞條紋引起的二維超晶格結(jié)構(gòu)，制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過2萬平方厘米每伏秒。
石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能、出眾的熱導(dǎo)率以及卓越的力學(xué)性能，但其電學(xué)性質(zhì)受襯底的影響很大，電荷雜質(zhì)和聲子散射會使石墨烯的電學(xué)性能極大下降。在六角氮化硼表面通過化學(xué)氣相沉積方法直接生長石墨烯單晶，可以避免因物理轉(zhuǎn)移所帶來的介面污染和破損缺陷，為其在集成電路領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。然而，由于襯底缺乏催化能力，在六角氮化硼這類電介質(zhì)表面直接生長石墨烯單晶一直是一項(xiàng)巨大難題。
該項(xiàng)研究提出的氣態(tài)催化方法已經(jīng)申請專利，可以為在介質(zhì)襯底上制備高質(zhì)量石墨烯單晶薄膜提供全新思路和技術(shù)方案。