石墨烯器件的批量制备

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由于其独特的二维结构和物理性质,石墨烯自2004年被发现以来,迅速成为了最为热门的纳米材料。超高的载流子迁移率和费米速度、单原子薄层使得石墨烯成为最受青睐的纳米电子器件构建材料,多种性能优异、极具应用潜力的石墨烯电子器件已经在实验室中被制备出来。然而,要想让石墨烯器件从实验室走向市场应用,还有巨大的鸿沟等待逾越。对于任何一种新材料而言,器件的规模制备是首先必须解决的问题。将适合产业化的制备手段应用到石墨烯上,实现高性能石墨烯器件的批量生产,是石墨烯器件应用得以实现的基础。  高性能石墨烯器件的批量制备必须同时结合高质量的石墨烯材料生长、干净可靠的转移以及采用光学光刻制备高性能器件。我们在铂片上利用化学气相沉积法生长石墨烯,可以得到高质量的大面积石墨烯薄膜。在气泡法转移的基础上加以改进,引入了APTES单分子膜对目标基底进行有机修饰,增加了基底对石墨烯的黏附力,消除了转移后石墨烯从基底脱落而出现的破洞,大大提高了石墨烯转移的成功率,并且保证了在随后的器件加工中石墨烯也不会脱落,最为重要的是,转移的石墨烯仍然具有良好的输运特性。在此基础上发展了用光学光刻制备石墨烯器件的方法,研究并极大降低了光学光刻残胶对石墨烯器件性能的影响,最终采用光学光刻方法高效率的制备出了高性能的石墨烯器件,器件成功率达到86%(70/81),场效应迁移率集中在2500cm2V-1S-1附近,远远超过了已报道的其它用光学光刻制备的石墨烯器件,并且具备良好的器件性能均一性,其狄拉克电压在零附近呈现非常窄的分布,初步实现了高性能石墨烯器件的批量制备。制备出来的石墨烯霍尔元件的电流灵敏度可以达到1200V/AT,远远超过传统霍尔元件。
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