人工晶体学报

作者：祁建海, 陈洋, 岳圆圆, 吕炳辰, 程宇昂, 朱凤前, 贾玉萍, 李绍娟, 孙晓娟, 黎大兵

单位：1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,发光及应用国家重点实验室,长春 130033; ；2.中国科学院大学,材料科学与光电工程中心,北京 100049; ；3.吉林财经大学管理科学与信息工程学院,长春 130117

关键词：Cu (111),石墨烯,高温退火,化学气相沉积,场效应晶体管,

基金：National Key R&D Program of China (2021YFB3601600); National Natural Science Foundation of China (61827813, 52002368, 62121005, 62074147, 62022081, 61974099); Natural Science Foundation of Jilin Province (20230101345JC, 20230101107JC, 20230508132

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度,在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前,化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法,满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而,由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性,导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此,通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底,使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制,从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系,Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向,相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率,相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7 Ω·sq-1),其平均薄层电阻低至607.5 Ω·sq-1。高温退火能够清洁铜箔,从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET),器件的最大开关比为145.5,载流子迁移率为2.31×103 cm2·V-1·s-1。基于以上结果,相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备。

来源：2023年第11期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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