北京大学Zhu, Yeshu：无孪晶界Cu(111)衬底上单晶石墨烯片的可控生长
论论资讯 ｜ 2023-10-26 ｜
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Controlled Growth of Single-Crystal Graphene Wafers on Twin-Boundary-Free Cu(111) Substrates
Zhu Yeshu; Zhang Jincan; Cheng Ting; Tang Jilin; Duan Hongwei; Hu Zhaoning; Shao Jiaxin; Wang Shiwei; Wei Mingyue; Wu Haotian; Li Ang; Li Sheng; Balci Osman; Shinde Sachin M; Ramezani Hamideh; Wang Luda; Lin Li; Ferrari Andrea C; Yakobson Boris I; Peng Hailin; Jia Kaicheng; Liu Zhongfan
Published：2023-10-25
DOI：10.1002/adma.202308802
研究背景
随着科技的不断发展，人们对于电子和光电子的需求越来越高，因此需要一种性能优异、与硅基技术兼容的单晶石墨烯（SCG）晶片。然而，目前制备SCG晶片的方法存在一些问题，需要得到解决。近期，单晶Cu（111）衬底被用作外延生长衬底，可实现高质量SCG晶片的控制合成。但是，目前通过磁控溅射在单晶蓝宝石晶片上制备的Cu（111）薄膜仍然存在平面双晶界，这会降低SCG的化学气相沉积。
研究内容
为了解决上述问题，研究人员在Cu薄膜上引入温度梯度和设计的纹理，在退火过程中驱动整个Cu晶片发生异常晶粒生长，从而消除了平面双晶界。研究人员成功制备了4英寸的单晶Cu（111）晶片，其结晶度达到了95%左右。在这些单晶Cu（111）衬底上，研究人员合成了SCG晶片，其晶体质量得到了显著提高，对齐的石墨烯领域达到了97%以上。此外，研究人员还发现，制备的SCG晶片在室温下的平均载流子迁移率高达7284 cm2 V-1 s-1，且4英寸区域内的片电阻只有5%的偏差。
研究意义
本研究成功地消除了平面双晶界，制备出了高质量的单晶Cu（111）晶片和SCG晶片。这项研究的创新点在于引入温度梯度和设计的纹理，驱动整个Cu晶片发生异常晶粒生长，从而实现了双晶界的消除。这项研究的成功有望推动SCG晶片的大规模制备和应用，并促进电子和光电子技术的发展。
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