在《华尔街日报》亚博网站下载,一组来自荷兰代尔夫特科技大学的科学家报告了直接CVD生长石墨烯的极薄的电影使用铂薄膜催化剂。
研究:直接圆片规模CVD石墨烯增长在铂超薄薄膜。图片来源:3 dstach / Shutterstock.com
研究背景
石墨烯被发现于2004年,从那时起,研究把这种材料到几个重要的应用程序和设备。石墨烯具有优越的光学、机械和电子性质,引起了科学家的兴趣在几个不同的研究领域和行业。
创新、下一代、高性能的应用,如传感器、射频电路、晶体管和光电设备开发,利用石墨烯的许多优良性能。
示意图流transfer-based和transfer-free集成的CVD石墨烯在硅晶片上。(一个)Transfer-based集成流。(b)Transfer-free集成流,在本地生长石墨烯的种子层(紫色)。(c)这项工作的重点:transfer-free集成流生长石墨烯在种子层,其中黄色阻塞结构层是用来定义本地石墨烯增长地区。图中的蓝色层可以是CMOS端SiO2接口层,或任何其他的选择。图片来源:Hagendoorn Y et al .,材料亚博网站下载
一个关键的研究领域近年来的发展混合动力装置将石墨烯和硅。将先进的互补金属氧化物半导体纳入这些混合设备是非常可取的。
制造石墨烯层拥有平等维度硅水在这一研究领域目前是一个关键的挑战。制备方法可以实现这一迫切需要开发实现这种集成。此外,保留沉积石墨烯层的质量是至关重要的。
在过去的十年中,科学家们越来越清楚地认识到,化学气相沉积(CVD)是一个合适的制造过程为实现这一目标。强烈的研究一直在进行这个时期凸显了CVD工艺路线的好处。心血管疾病可以生产高质量和大面积石墨烯。
不同的CVD-based策略近年来一直在探索。Transfer-based集成,石墨烯是生长在薄的过渡金属薄膜,提供substrate-independent优化石墨烯增长,保护的衬底温度升高,但挑战,这个过程包括缺陷由于聚合物污染。
Transfer-free集成了解决transfer-based集成方法的局限性。在这个过程中,石墨烯是直接在衬底上生长,消除转移过程。然而,有有限的基质,可以使用。此外,有限制在设备应用程序由于反射率和高导电性的过渡金属基质通常用于这一目的。
近年来,研究人员调查了另一种方法。这涉及到使用一个“种子”层的材料沉积到衬底晶片。亚博网站下载石墨烯是然后放置到这个种子层上。使用过渡金属,钼和铂是目前研究的优先选择。腐蚀可以用来删除种子层和生产高度的石墨烯结构,可以作为气体传感器等设备。
(一)晶片的光学显微照片的助教阻塞结构(黄色)和transferless CVD石墨烯(青绿色)。石墨烯生长在SiO之间的接口2衬底和Pt种子层,之后删除。(b)拉曼光谱的CVD石墨烯层间Ta屏蔽结构,产生拉曼峰强度比率二维/我G= 2.34,我D/我二维= 0.24和FWHM2D≈47厘米−1代表单层石墨烯。图片来源:Hagendoorn Y et al .,材料亚博网站下载
这项研究
这项研究在亚博网站下载展示了另一种路线生产石墨烯极低SiO吗2基板。相比传统的种子层的方法,这种方法包括下面生长石墨烯铂铂/ SiO种子层2接口。该方法结合transfer-free集成和种子层的方法的好处极薄的硅基板上实现高效的CVD石墨烯增长。
本地化的石墨烯生长在接口后,铂金种子层移除。这部小说制造过程有几个好处,包括减少机械应力,有机污染,所面临的其他挑战传统的流程流。
作者也表明SiO之间使用一个中间粘合剂钽层2衬底和铂种子层诱发局部石墨烯增长的抑制。这一层增强的过程产生的石墨烯层可用于各种电子应用程序。作者也指出,类似的工作是通过使用一个中间镍层,但这项研究遭受高碳溶解度的瓶颈。
石墨烯增长了在接口由于SiO之间弱键2底物和铂层。在铂表面,甲烷气体是在更高的温度下分离成氢和碳吸附铂催化剂。一个高度统一的铂金层中的碳分布。
质量和板形极薄的衬底上的石墨烯层的增长可能是促进SiO缺乏表面粗糙度2层。此外,石墨烯纯度可能增强通过铂由于碳原子的扩散。
晶片的光学显微照片发射的助教结构,在CVD石墨烯增长和Pt腐蚀过程步骤之前。而50纳米Pt的30 nm Ta是形成一个平面,与助教提高Pt附着力,中间Pt的地区显示出疲软的迹象附着力(表面起皱)和分层。在一个地区Pt剥落,CVD石墨烯SiO上观察到2,对应于Pt腐蚀后的石墨烯在图4。图片来源:Hagendoorn Y et al .,材料亚博网站下载
钽和SiO2债券一起强烈,这也解释了为什么石墨烯层的增长在钽/ SiO被捕2接口和钽的低碳的扩散系数。额外的石墨烯模式步骤不需要使用这个过程。除了功能作为阻挡层,作者表明,钽SiO可以用作一个电极2/石墨烯器件,虽然这可能需要额外的处理步骤。
这种新方法克服了当前CVD制备方法的一些缺点。作者指出,调整过程将提供一个创新的路线对生产高质量和高效的石墨烯器件应用,如数据处理、高速通信和传感。
进一步的阅读
Hagendoorn Y et al。(2022)直接圆片规模CVD石墨烯增长在铂超薄薄膜亚博网站下载15(10)3723(在线)mdpi.com。可以在:https://www.mdpi.com/1996-1944/15/10/3723
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