中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在眾多石墨烯的制備方法中，化學(xué)氣相沉積（CVD）法非常有望實(shí)現(xiàn)大面積高質(zhì)量石墨烯的低成本可控制備。而精確控制石墨烯的形核位點(diǎn)對(duì)大規(guī)模石墨烯器件的快速制造有很重要的意義。但是，化學(xué)氣相沉積法制得的石墨烯的形核點(diǎn)受甲烷濃度、銅基底表面雜質(zhì)、表面結(jié)構(gòu)和缺陷等多種因素影響。最近日本的一個(gè)課題組在ACS NANO期刊上發(fā)表了一種通過(guò)在銅基底的上下表面添加具有催化活性的鎳層的方法有效實(shí)現(xiàn)了石墨烯形核的精確控制。

      圖1.通過(guò)在銅基底的兩面加鎳鉑，控制CVD石墨烯形核位點(diǎn)的過(guò)程示意圖

如圖1 所示，Ago等人將一片普通鎳箔放在銅箔的下方以減少銅背面的碳源供應(yīng)，從而抑制銅箔正面雙層或是少數(shù)層石墨烯的生長(zhǎng)；再在銅上面放置一片具有特定尺寸和圖案的鎳箔作掩膜層，使石墨烯只在鎳孔洞處形核，并可通過(guò)調(diào)節(jié)碳源（甲烷）的濃度實(shí)現(xiàn)石墨烯的快速生長(zhǎng)。這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，可以準(zhǔn)確控制銅上石墨烯的形核位點(diǎn)。

另外，通過(guò)控制在上面的鎳箔的孔洞圖案，不僅可以限制石墨烯的形核，還可以直接制備圖案化的石墨烯。將石墨烯的生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，或者是增加甲烷的濃度，可以使制備的石墨烯晶粒長(zhǎng)大至鎳掩膜版的邊界，這樣便可以依靠合適的鎳掩膜版合成任意形狀的石墨烯圖案。

如圖2所示，圖中在銅基底上成功制備了十字形石墨烯圖案，并將其在不需要任何光刻工藝的條件下組裝到場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件中。該方法避免了之前報(bào)導(dǎo)的在銅基底上添加高濃度碳點(diǎn)誘發(fā)形核和后期對(duì)石墨烯的掩膜刻蝕圖案化，對(duì)實(shí)現(xiàn)CVD石墨烯在電子器件方面的應(yīng)用有很大助益。

       圖2.精確控制圖案化石墨烯以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管的組裝光鏡照片