新式有序阵列技术提升石墨烯晶体制造效率

美国普渡大学(Purdue University)的研究人员们研究出一种能够改善石墨烯单晶体阵列的制造方法，使其能实现类似于矽晶生产的方式与品质。
「以矽晶所实现的高品质量产观点来看，石墨烯尚未到位，但在迈向这一发展方向的道路上，该研究进展可说是非常重要的一步。」普渡大学奈米科学与物理学助理教授Yong P. Chen表示。

据称这是普渡大学首次展示如何制作出具有规律的模式，以用于制造商用电子元件与积体电路。

研究人员们利用化学气相沉积法，在含有甲烷的气室中从铜箔上的石墨烯「种子」生长出六角形的单晶体。

「使用这些种子，我们可以使其生长出成千上万十分规律的石墨烯单晶体阵列，」Qingkai Yu u表示。Qingkai Yu在休士顿大学任研究员时即率先使用这种研究方法，现在是这一研究计划的通讯作者之一，同时也是德州州立大学Ingram工程学院的助理教授。

「我们希望业界能够注意到这些新发现，并考虑将有序阵列(ordered array)视为制造电子元件的一种可能方法。」

目前石墨烯是在多晶板上制造的，但这种多晶板是由随机放置且形状不规则的「晶粒」组合在一起所成的。相反地，采用一种更有规律的有序阵列能够使每一晶体的位置更具有可预测性。

这些阵列使研究人员们能够在每一晶粒中精确定位电子元件，美国Brookhaven 国家实验室研究人员Eric Stach表示，他曾经是普渡大学材料工程学的教授。

这项新的研究结果证实了一项理论：在一颗晶粒碰触另一颗晶粒时，电子流向将会受阻。透过单晶体晶粒阵列将可免除这样的问题。

研究人员们表示，他们能控制这种有序阵列的生长，同时，这也首次展示了个别晶粒边界的电子特性──他们发现石墨烯原子晶格中的单一六角晶粒的边缘具有明确的平行方向，因而能够进一步地找出每一晶体的方向。

研究人员利用透射电子显微镜和扫描穿隧显微镜来确定石墨烯晶格的方向，并采用连接至两个相邻晶粒的微电极来测量晶界上的电子特性。

有关的调查结果还利用拉曼光谱仪(Raman spectroscopy)，展现在晶界存在着一种较高的电阻，同时也显示出，由于电子具有散射特性，使其导电性因边界而受阻。

这项研究由美国的国家科学基金会(NSF)、能源部(DoE)、国土安全部(DHS)、国防部国防威胁降低局(Defense Threat Reduction Agency)、IBM公司、Welch Foundation以及the Miller Family Endowment and Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery等单位赞助。

编译：Susan Hong

(参考原文：Fabbing graphene arrays rivaling silicon process，by Nicolas Mokhoff)