石墨烯納米結構圖形化新技術

石墨烯納米結構圖形化新技術

由于獨特的物理性質，近年來石墨烯得到越來越廣泛的關注。石墨烯納米結構是未來石墨烯電子電路的基本組成單元。多種石墨烯光電子學、自旋電子學、力學或生物傳感等器件也離不開石墨烯納米結構的可控制備。目前，石墨烯納米結構的制造方法主要分為兩大類：一是自下而上的直接生長或分子組裝法；另一種是自上而下加工法。自上而下加工是未來可控、可擴大化制備石墨烯納米結構的方法，也是目前此領域內研究的重點。目前，已經發展了多種自上而下加工和剪裁大面積石墨烯納米結構的方法。然而，一種簡單有效、可控、可批量加工的石墨烯納米結構圖形化技術仍然是此研究領域一個具有挑戰性的課題。
　　中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）張廣宇研究組一直把石墨烯納米結構的可控加工及其輸運性質的研究作為一個重要方向。在前期的研究工作中，他們發現一種石墨烯面內各向異性刻蝕效應【Advanced Materials 22, 4014, (2010)】；并以此為基礎，實現了鋸齒形邊緣石墨烯納米結構的精確加工和剪裁【Advanced Materials 23，3061 (2011)】；進而研究了鋸齒形邊緣石墨烯納米帶的電聲子耦合效應【Nano letters 11, 4083 (2011)】。

　　最近，該研究組博士生謝貴柏等在以往工作基礎上，發展了一種可控、簡便、高效的石墨烯納米結構圖形化新技術石墨烯邊緣印刷術。此技術結合原子層沉積氧化物在石墨烯邊緣上的選擇性沉積的特點，利用沉積的氧化物納米帶作為掩模，通過反應離子刻蝕加工制備石墨烯納米結構。通過控制原子層沉積調控納米結構的尺寸，可以實現線寬小于5納米的石墨烯納米結構的加工；結合各向異性刻蝕的方法，可以實現多種具有可控線寬的準一維石墨烯納米結構，如納米線、納米環等的批量加工。同時，這種選擇性沉積的氧化物納米帶可以作為頂柵器件的介電層，這是石墨烯邊緣加工方法的又一優勢。相關研究論文Graphene Edge Lithography發表在近期的《納米快報》【Nano letters 12, 4642 (2012)】上。

　　這項工作得到了國家自然科學基金委、科技部重大研究計劃、以及中科院“百人計劃”的支持。

　　論文鏈接

　　圖1. 石墨烯邊緣印刷術的工藝流程圖。包括在石墨烯邊緣上的選擇性原子層沉積氧化物、反應離子刻蝕去除暴露的石墨烯以及濕法刻蝕去除沉積的氧化鋁/氧化鉿。

　　圖2. 采用石墨烯邊緣印刷術加工的納米帶、納米環等結構。在c中，納米帶的寬度為~15nm，相鄰納米帶間隔約為~35nm。

　圖3. 利用自然解理的石墨烯邊緣加工出的石墨烯納米帶頂柵器件電學特性。室溫電輸運測量的結果顯示，頂柵的跨導是底柵跨導的14倍，實現了頂柵對漏極電流更好的控制

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