高質(zhì)量石墨烯在介電基板上的直接化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)為電子和光電子學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用提供了廣闊的前景。然而，石墨烯在電介質(zhì)上的生長(zhǎng)總是存在不均勻性和/或質(zhì)量差的問題。在此，本文首先揭示了一種新的前體修飾策略可以成功地抑制石墨烯的二次成核，從而在介電基板上形成超均勻的石墨烯單層膜。研究機(jī)理發(fā)現(xiàn)，二氧化硅基質(zhì)的羥基化削弱了石墨烯邊緣與基底之間的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了初級(jí)成核主導(dǎo)的生長(zhǎng)。基于石墨烯薄膜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管顯示出優(yōu)異的電性能，電荷載流子在空氣中的遷移率高達(dá)3800 cm
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-1，遠(yuǎn)高于已報(bào)道的在電介質(zhì)基底上生長(zhǎng)的石墨烯薄膜的遷移率。
Figure 1. (a)石墨烯在多重成核過程和(b)初級(jí)成核主導(dǎo)過程中在介電基板上生長(zhǎng)的示意圖。(c)由沉積在Si封端的二氧化硅上的石墨烯納米帶組成的混合結(jié)構(gòu)，其中黃色，紅色，青色和白色點(diǎn)分別代表Si，O，C和H原子。(d)圖c中四種混合結(jié)構(gòu)的相應(yīng)形成能壘。
Figure 2. 前驅(qū)體修飾策略生長(zhǎng)不同覆蓋范圍的石墨烯樣品。(a-c)形狀和尺寸均勻的石墨烯薄膜的SEM圖。(d–f) 均勻形狀和尺寸的石墨烯薄膜對(duì)應(yīng)的AFM圖。(g–i)圖a-c中石墨烯薄片的粒徑的直方圖。
Figure 3. (a,b)均勻石墨烯薄膜的SEM圖。(c)圖b中石墨烯顆粒的粒徑直方圖。(d)石墨烯薄膜的拉曼光譜。(e)單層石墨烯薄膜邊緣的TEM圖。(f)單層石墨烯薄膜的過濾原子分辨橫向力圖像。(g-i)圖g中的標(biāo)記區(qū)域的光學(xué)圖像、相應(yīng)的拉曼G峰和2D峰強(qiáng)度映射。
Figure 4. (a)石墨烯薄膜生長(zhǎng)示意圖。(b)基于石墨烯的FET器件的原理結(jié)構(gòu)。(c)室溫空氣中裝置的輸出曲線；(d)器件在VDS = -1 V時(shí)的輸出曲線；(e) 23個(gè)設(shè)備的載流子遷移率分布，主要為3500-4000 cm
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相關(guān)研究成果于2019年由清華大學(xué)徐志平課題組，發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.(
https://doi.org/10.1021/jacs.9b05705)上。原文：Primary Nucleation-Dominated Chemical Vapor Deposition Growth for Uniform Graphene Monolayers on Dielectric Substrate
