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Small:晶圆级石墨烯薄膜的可控合成:挑战、现状和前景
出处:纳米人  录入日期:2021-06-16  点击数:262

  高质量、大规模和单晶晶圆级石墨烯薄膜的获得是电子、光学和传感器领域关键设备应用的基础。合成决定未来:释放这些新兴材料的全部潜力在很大程度上依赖于它们以可扩展的方式可控合成,迄今为止,这绝非易事。
  有鉴于此,北京大学刘忠范院士和苏州大学孙靖宇教授等人,综述了化学气相沉积法(CVD)制备晶圆级石墨烯薄膜的最新进展,并对其主要挑战和研究现状进行了评述。特别是,在对 CVD 过程中反应动力学和气相动力学的讨论的基础上,重点介绍了目前流行的合成策略。
  本文要点:
  1)基本上,晶圆的尺寸确保了石墨烯进入半导体生产线,而通过CVD批量合成石墨烯是实际应用的关键先决条件。首先,已经阐明了晶圆级石墨烯薄膜在质量和兼容性要求等应用中的具体要求。总体而言,这三种合成战略仍存在关键挑战。例如,缺陷的存在,特别是褶皱,少层和多层控制生长和转移相关的问题是目前的主要问题。晶界和不均匀石墨烯层的出现以及低生长速率也是亟待解决的问题。生长和蚀刻过程中不可再生的金属薄膜、不可避免的金属残留以及众多缺陷仍然是严峻的挑战。
  2)合成决定了未来,如果能够以具有成本效益和质量可控的方式实现晶圆级石墨烯生产,那么相应的技术极有可能发生革命性的变化。尽管在晶圆级石墨烯薄膜的可控合成方面取得了相当大的进展,但仍需要持续的关注。晶圆级石墨烯合成路线的发展方向和前景:a)互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的晶圆级石墨烯薄膜的合成。b) 在无定形二氧化硅晶片上直接生长石墨烯。c) 可控合成富含缺陷的晶圆级石墨烯薄膜。

  Bei Jiang et al. Controllable Synthesis of Wafer-Scale Graphene Films: Challenges, Status, and Perspectives. Small, 2021.
  DOI: 10.1002/smll.202008017

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