中国粉体网讯 最近，韩国研究人员开发出一种与微电子兼容的方法来生长石墨烯，在硅基底上成功合成了晶片级(直径4英寸)的高质量多层石墨烯。该方法基于一种离子注入技术，简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。相关论文发表在本周的《应用物理快报》上。
晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分，但大部分石墨烯制造方法都与硅微电子器件不兼容，阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的跨越。
要把石墨烯与先进的硅微电子设备整合在一起，大片的石墨烯不能起皱撕裂，必须能在低温下沉淀在硅晶片上，而传统的石墨烯合成技术要求高温。研究小组负责人、韩国高丽大学化学与生物工程系教授金智贤说，“我们的研究表明，碳离子注入技术在直接合成用于集成电路的晶片级石墨烯方面有很大潜力。”
金智贤指出，传统的化学气相沉淀法要求温度在1000℃以上，可以在铜、镍薄膜上大面积合成石墨烯，然后转移到硅基底上，这会造成断裂、起皱和污染。而他的方法基于离子注入。这是一种微电子兼容技术，通常用于半导体掺杂。碳离子在电场中被加速，撞击到一层由镍、二氧化硅和硅组成的材料表面上，温度只有500℃。镍层碳溶解度很高，作为合成石墨烯的催化剂。然后经高温活化退火形成石墨烯的蜂窝状晶格。
他们还系统研究了合成过程中各种退火条件的效果，包括改变环境压力、周围气体和处理时间。金智贤说，离子注入技术对产品结构的控制比其它制造方法更精细，因为可以通过控制碳离子注入的剂量来精确控制石墨烯层的厚度。“我们的合成方法是可控的，而且可升级，让我们能按硅晶片的大小(直径超过300毫米)生成石墨烯。”
下一步，研究人员打算继续降低合成工艺的温度，控制石墨烯的厚度用于工业生产。
晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分，但大部分石墨烯制造方法都与硅微电子器件不兼容，阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的跨越。
要把石墨烯与先进的硅微电子设备整合在一起，大片的石墨烯不能起皱撕裂，必须能在低温下沉淀在硅晶片上，而传统的石墨烯合成技术要求高温。研究小组负责人、韩国高丽大学化学与生物工程系教授金智贤说，“我们的研究表明，碳离子注入技术在直接合成用于集成电路的晶片级石墨烯方面有很大潜力。”
金智贤指出，传统的化学气相沉淀法要求温度在1000℃以上，可以在铜、镍薄膜上大面积合成石墨烯，然后转移到硅基底上，这会造成断裂、起皱和污染。而他的方法基于离子注入。这是一种微电子兼容技术，通常用于半导体掺杂。碳离子在电场中被加速，撞击到一层由镍、二氧化硅和硅组成的材料表面上，温度只有500℃。镍层碳溶解度很高，作为合成石墨烯的催化剂。然后经高温活化退火形成石墨烯的蜂窝状晶格。
他们还系统研究了合成过程中各种退火条件的效果，包括改变环境压力、周围气体和处理时间。金智贤说，离子注入技术对产品结构的控制比其它制造方法更精细，因为可以通过控制碳离子注入的剂量来精确控制石墨烯层的厚度。“我们的合成方法是可控的，而且可升级，让我们能按硅晶片的大小(直径超过300毫米)生成石墨烯。”
下一步，研究人员打算继续降低合成工艺的温度，控制石墨烯的厚度用于工业生产。
