今天，記者從中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所獲悉，該所信息功能材料國家重點實驗室研究員謝曉明領(lǐng)導(dǎo)的石墨烯研究團(tuán)隊在國家重大專項“晶圓級石墨烯材料和器件基礎(chǔ)研究”等項目的支持下，在國際上首次實現(xiàn)石墨烯單核控制形核和快速生長，成功研制1.5英寸石墨烯單晶，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然—材料》。
銅表面催化生長是目前制備石墨烯薄膜的主要技術(shù)途徑，但由于無法實現(xiàn)單核控制，因而制備的薄膜一般為多晶，且生長速度隨著時間的推移逐漸變慢。此前銅襯底上制備的最大石墨烯單晶籌尺寸約為一厘米，且需要較長的生長時間。謝曉明研究團(tuán)隊通過向具有一定溶碳能力的Cu85Ni15合金局域提供碳源，產(chǎn)生局部碳濃度過飽和，成功解決了石墨烯單個核心控制形核這一技術(shù)難題。
據(jù)悉，該項目的合作團(tuán)隊美國得州州立大學(xué)的于慶凱團(tuán)隊利用同位素方法驗證了等溫析出這一石墨烯生長新機理；香港理工大學(xué)教授丁峰和華東師范大學(xué)博士袁清紅聯(lián)合開展了第一性原理計算，進(jìn)一步解釋了Cu85Ni15合金襯底上石墨烯高速生長的原因，同時對更高Ni含量合金襯底上石墨烯生長速度下降的原因進(jìn)行了分析。
謝曉明表示，單晶硅是微電子技術(shù)發(fā)展的基石，而單晶石墨烯則是其在電子學(xué)領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用的前提。“通過單核控制制備晶圓級石墨烯可以視為是三維硅單晶技術(shù)在二維材料中的再現(xiàn)，對于推動石墨烯在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。”
專家認(rèn)為，這項研究成果所發(fā)展的控制形核技術(shù)同時也為探索其他二維材料單晶晶圓的制備提供了全新思路。（黃辛）