??近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在高遷移率的石墨烯單晶晶圓研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Wafer-scale growth of single-crystal graphene on vicinal Ge(001) substrate為題，發(fā)表在Nano Today上。

單晶石墨烯由于其超高的載流子遷移率，被認(rèn)為是后硅CMOS時(shí)代最具潛力的溝道材料之一，直接在CMOS技術(shù)兼容的襯底上制備單晶石墨烯晶圓是石墨烯走向微電子應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前依然存在挑戰(zhàn)。工業(yè)界主流的CMOS技術(shù)基于(001)晶面硅晶圓，這意味著相較于(110)晶面的鍺晶圓，(001)晶面的鍺晶圓與CMOS工藝的兼容性更強(qiáng)。然而，通常(001)晶面鍺上生長(zhǎng)的石墨烯晶疇取向無(wú)法控制，晶疇合并形成的石墨烯晶圓含有大量晶界，無(wú)法獲得石墨烯單晶晶圓烯，影響石墨烯在微電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

研究發(fā)現(xiàn)，選用10°以上斜切角度的(001)晶面鍺作為石墨烯的生長(zhǎng)襯底，可以獲得單一取向的石墨烯晶疇。通過(guò)將這些取向一致的石墨烯晶疇無(wú)縫拼接，研究人員在15°切角(001)晶面鍺襯底表面制備出高遷移率的單晶石墨烯晶圓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，石墨烯晶疇的形核取向與鍺襯底的斜切角度緊密關(guān)聯(lián)。同時(shí)，研究人員利用原子力顯微鏡對(duì)石墨烯生長(zhǎng)行為進(jìn)行連續(xù)觀察，結(jié)果表明，15°切角(001)晶面鍺襯底表面上沿著斜切方向的石墨烯的形核被抑制，而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影響。整個(gè)石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)新的石墨烯形核產(chǎn)生，單晶石墨烯晶圓的制備是由取向一致的石墨烯晶疇無(wú)縫拼接而成。通過(guò)此技術(shù)制備出的單晶石墨烯晶圓展現(xiàn)出超高的載流子遷移率，有望對(duì)石墨烯納米電子器件的研制提供材料支撐。

論文由上海微系統(tǒng)所信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與華東師范大學(xué)合作完成。上海微系統(tǒng)所直博生李攀林與華東師范大學(xué)博士生魏文婭為共同第一作者，上海微系統(tǒng)所研究員狄增峰和華東師范大學(xué)教授袁清紅為共同通訊作者，上海微系統(tǒng)所為第一完成單位。研究工作得到國(guó)家科技重大專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。