Исследователи разрабатывают монокристаллический графен большой площади, без адгеля,

Исследовательская группа директора Родни Руоффа из Центра многомерных углеродных материалов (CMCM) сообщила о действительно однослойной (то есть не содержащей адгезии) пленке графена большой площади на медной фольге большой площади. Института фундаментальных наук (IBS) Ульсанского национального института науки и технологии (UNIST).

Крупномасштабное (~ 2,5 мм х 1,6 мм) изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии, монокристаллической графеновой пленки без пленки на фольге Cu (111). (Изображение предоставлено: Институт фундаментальных наук)

Хотя это выглядит как самое последнее из серии явно сопоставимых заявлений об однослойном графене, этот подвиг отличается от большого числа других более ранних публикаций, поскольку ни одна из более ранних не сообщила о действительно однослойном графене над большим площадь. Adlayers (многослойные или двухслойные области) всегда существовали в таких пленках.

Исследователи IBS усовершенствовали технику роста химического осаждения из паровой фазы (CVD), удалив все углеродные примеси в медной фольге, на которой образуется графен. В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания на металлической фольге (в частности, на медной фольге) являются наиболее подходящим методом для воспроизводимого и масштабируемого производства высококачественных графеновых пленок большой площади.

Исследователи проанализировали причину появления «адлайеров» в пленке графена, образованной на медной фольге, и обнаружили, что углеродные примеси в фольге непосредственно приводят к зарождению и росту адлейсеров. (Adlayers – это пятна в пленке, где существуют 2 или 3 слоя, то есть многослойные «заплатки».)

Мы обнаружили, что коммерческая медная фольга имеет «избыток углерода», особенно вблизи поверхности – на глубину около 300 нм, с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии и анализа горения .

Доктор Да Ло, первый автор исследования, Центр многомерных углеродных материалов, Институт фундаментальных наук

Луо добавил: « Из беседы с одним техническим экспертом в Jiangxi Copper Corporation Limited, одном из крупнейших в мире поставщиков медной фольги, мы узнали, что углерод во время производства внедряется в медную фольгу, вероятно, из углеводородное масло (масла), используемое для смазки роликов, с которыми медная фольга контактирует при высоких температурах прокатки . »

Они могли получить бесслойную и, следовательно, действительно однослойную графеновую пленку, полностью удалив углерод, выполнив отжиг под H 2 при температуре 1060 ° C.

Исследователи IBS применяют ту же технику и достигли безслойной однослойной и монокристаллической графеновой пленки на монокристаллической медной фольге. Согласно Meihui Wang, одному из первых авторов исследования, « Таким образом, мы решили две проблемы, которые постоянно присутствовали в предыдущих синтезах пленок CVD-графена (адлайеры и границы зерен (GBs)) в одно время

Фактически, реализация полной однородности количества слоев на большой площади (например, одного или двух слоев) поможет обеспечить стабильную производительность устройства.

Регионы Adlayer различаются, например, по размеру и плотности, когда они находятся в активных областях устройства. Помимо адлейеров, ГБ встречаются в поликристаллических графеновых пленках, разработанных ХОПФ, в которых графеновые островки с различной кристаллографической ориентацией объединяются, чтобы завершить пленку. Возникновение ГБ снижает теплопроводность и подвижность носителя и снижает механическую прочность.

Тем не менее, исследователи получили одно интригующее свойство в своих монокристаллических пленках: этот монокристаллический графен включает высокоориентированные параллельные «складки» длиной в несколько сантиметров, шириной около 100 нм и выделенные От 20 до 50 мкм. Как и в случае с GB и adlayers, было отмечено, что складки значительно уменьшают подвижность графена-носителя.

Исследователи устранили такие рассеивающие эффекты GB, складок и адлайеров, создав паттерн полевых транзисторов в области, которая лежит между двумя соседними складками, и с транзисторами, лежащими параллельно складкам. В отличие от складок, распределенных квазислучайным образом в поликристаллической графеновой пленке, складки чрезвычайно упорядочены в монокристаллической графеновой пленке большой площади. Это упрощает разработку интегрированных высокопроизводительных устройств из областей между складками.

Область между двумя смежными складками является «чистой» без каких-либо складок, надстроек или GB. Это позволило устройству иметь очень высокую подвижность электронов и дырок. Полевые транзисторы показывают очень высокие значения подвижности носителей при комнатной температуре, составляющие около 1,0 х 104 см 2 В -1 с -1 . Такая высокая мобильность несущей «транслируется» в различные полезные устройства, имеющие высокую производительность . »

Мэйхуэй Ван, соавтор исследования, Центр многомерных углеродных материалов, Институт фундаментальных наук

По словам директора Руоффа, « Наш подход к монокристаллическому графену большой площади, не содержащему адгеля, является прорывом. Ожидается, что этот однородный, «идеальный» однослойный монокристаллический графен найдет применение в качестве ультратонкого материала подложки для изображений с помощью трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения и в оптических устройствах ».

Также в качестве подходящего графена для достижения чрезвычайно равномерной функционализации, что приводит ко многим другим применениям, особенно для датчиков различных типов. Я также хотел бы отметить, что мы высоко ценим значительный вклад соавторов из UNIST, из HKUST и из SKKU .

Родни Руофф, директор, Центр многомерных углеродных материалов, Институт фундаментальных наук

Это исследование было поддержано Институтом фундаментальных наук и было опубликовано в журнале Advanced Materials .

Источник: https://www.ibs.re.kr/

Source link