氮化硼表面制备石墨烯单晶获突破

中科院上海微系统所信息功能材料国家重点实验室唐述杰等研究人员，通过引入气态催化剂的方法，在国际上首次实现石墨烯单晶在六角氮化硼表面的高取向快速生长。3月11日，相关研究论文发表于《自然—通讯》。

该团队在前期掌握石墨烯形核控制、确定单晶和衬底的取向关系的基础上，以乙炔为碳源，创新性地引入硅烷作为催化剂，通过化学气相外延的方法，制备晶畴尺寸超过20微米的石墨烯单晶，生长速率较之前的文献报道提高了两个数量级，超过90%的石墨烯单晶与氮化硼衬底严格取向，呈现由莫瑞条纹引起的二维超晶格结构，制备的石墨烯的典型室温霍尔迁移率超过2万平方厘米每伏秒。

石墨烯具有优异的电学性能、出众的热导率以及卓越的力学性能，但其电学性质受衬底的影响很大，电荷杂质和声子散射会使石墨烯的电学性能极大下降。在六角氮化硼表面通过化学气相沉积方法直接生长石墨烯单晶，可以避免因物理转移所带来的介面污染和破损缺陷，为其在集成电路领域的深入应用提供材料基础。然而，由于衬底缺乏催化能力，在六角氮化硼这类电介质表面直接生长石墨烯单晶一直是一项巨大难题。

该项研究提出的气态催化方法已经申请专利，可以为在介质衬底上制备高质量石墨烯单晶薄膜提供全新思路和技术方案。