新式有序陣列技術(shù)提升石墨烯晶體制造效率

美國普渡大學(xué)(Purdue University)的研究人員們研究出一種能夠改善石墨烯單晶體陣列的制造方法，使其能實(shí)現(xiàn)類似于矽晶生產(chǎn)的方式與品質(zhì)。
「以矽晶所實(shí)現(xiàn)的高品質(zhì)量產(chǎn)觀點(diǎn)來看，石墨烯尚未到位，但在邁向這一發(fā)展方向的道路上，該研究進(jìn)展可說是非常重要的一步。」普渡大學(xué)奈米科學(xué)與物理學(xué)助理教授Yong P. Chen表示。

據(jù)稱這是普渡大學(xué)首次展示如何制作出具有規(guī)律的模式，以用于制造商用電子元件與積體電路。

研究人員們利用化學(xué)氣相沉積法，在含有甲烷的氣室中從銅箔上的石墨烯「種子」生長出六角形的單晶體。

「使用這些種子，我們可以使其生長出成千上萬十分規(guī)律的石墨烯單晶體陣列，」Qingkai Yu u表示。Qingkai Yu在休士頓大學(xué)任研究員時(shí)即率先使用這種研究方法，現(xiàn)在是這一研究計(jì)劃的通訊作者之一，同時(shí)也是德州州立大學(xué)Ingram工程學(xué)院的助理教授。

「我們希望業(yè)界能夠注意到這些新發(fā)現(xiàn)，并考慮將有序陣列(ordered array)視為制造電子元件的一種可能方法?！?br>
目前石墨烯是在多晶板上制造的，但這種多晶板是由隨機(jī)放置且形狀不規(guī)則的「晶?！菇M合在一起所成的。相反地，采用一種更有規(guī)律的有序陣列能夠使每一晶體的位置更具有可預(yù)測(cè)性。

這些陣列使研究人員們能夠在每一晶粒中精確定位電子元件，美國Brookhaven 國家實(shí)驗(yàn)室研究人員Eric Stach表示，他曾經(jīng)是普渡大學(xué)材料工程學(xué)的教授。

這項(xiàng)新的研究結(jié)果證實(shí)了一項(xiàng)理論：在一顆晶粒碰觸另一顆晶粒時(shí)，電子流向?qū)?huì)受阻。透過單晶體晶粒陣列將可免除這樣的問題。

研究人員們表示，他們能控制這種有序陣列的生長，同時(shí)，這也首次展示了個(gè)別晶粒邊界的電子特性──他們發(fā)現(xiàn)石墨烯原子晶格中的單一六角晶粒的邊緣具有明確的平行方向，因而能夠進(jìn)一步地找出每一晶體的方向。

研究人員利用透射電子顯微鏡和掃描穿隧顯微鏡來確定石墨烯晶格的方向，并采用連接至兩個(gè)相鄰晶粒的微電極來測(cè)量晶界上的電子特性。

有關(guān)的調(diào)查結(jié)果還利用拉曼光譜儀(Raman spectroscopy)，展現(xiàn)在晶界存在著一種較高的電阻，同時(shí)也顯示出，由于電子具有散射特性，使其導(dǎo)電性因邊界而受阻。

這項(xiàng)研究由美國的國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、能源部(DoE)、國土安全部(DHS)、國防部國防威脅降低局(Defense Threat Reduction Agency)、IBM公司、Welch Foundation以及the Miller Family Endowment and Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery等單位贊助。

編譯：Susan Hong

(參考原文：Fabbing graphene arrays rivaling silicon process，by Nicolas Mokhoff)