最近，韓國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出一種與微電子兼容的方法來(lái)生長(zhǎng)石墨烯，在硅基底上成功合成了晶片級(jí)（直徑4英寸）的高質(zhì)量多層石墨烯。該方法基于一種離子注入技術(shù)，簡(jiǎn)單而且可升級(jí)。這一成果使石墨烯離商業(yè)應(yīng)用更近一步。相關(guān)論文發(fā)表在本周的《應(yīng)用物理快報(bào)》上。
晶片級(jí)的石墨烯可能是微電子線路中一個(gè)必不可少的組成部分，但大部分石墨烯制造方法都與硅微電子器件不兼容，阻礙了石墨烯從潛在材料向?qū)嶋H應(yīng)用的跨越。
要把石墨烯與先進(jìn)的硅微電子設(shè)備整合在一起，大片的石墨烯不能起皺撕裂，必須能在低溫下沉淀在硅晶片上，而傳統(tǒng)的石墨烯合成技術(shù)要求高溫。研究小組負(fù)責(zé)人、韓國(guó)高麗大學(xué)化學(xué)與生物工程系教授金智賢說(shuō)，“我們的研究表明，碳離子注入技術(shù)在直接合成用于集成電路的晶片級(jí)石墨烯方面有很大潛力。”
金智賢指出，傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉淀法要求溫度在1000℃以上，可以在銅、鎳薄膜上大面積合成石墨烯，然后轉(zhuǎn)移到硅基底上，這會(huì)造成斷裂、起皺和污染。而他的方法基于離子注入。這是一種微電子兼容技術(shù)，通常用于半導(dǎo)體摻雜。碳離子在電場(chǎng)中被加速，撞擊到一層由鎳、二氧化硅和硅組成的材料表面上，溫度只有500℃。鎳層碳溶解度很高，作為合成石墨烯的催化劑。然后經(jīng)高溫活化退火形成石墨烯的蜂窩狀晶格。
他們還系統(tǒng)研究了合成過(guò)程中各種退火條件的效果，包括改變環(huán)境壓力、周?chē)鷼怏w和處理時(shí)間。金智賢說(shuō)，離子注入技術(shù)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的控制比其它制造方法更精細(xì)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)控制碳離子注入的劑量來(lái)精確控制石墨烯層的厚度。“我們的合成方法是可控的，而且可升級(jí)，讓我們能按硅晶片的大小（直徑超過(guò)300毫米）生成石墨烯。”
下一步，研究人員打算繼續(xù)降低合成工藝的溫度，控制石墨烯的厚度用于工業(yè)生產(chǎn)。
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