南航《JMS》:面对面法在介电基板上直接制备清洁度提高的石墨烯薄膜

成果简介

在电介质上制备石墨烯薄膜在科学和微电子工业中具有重要意义，这通常通过转移过程来实现。然而，石墨烯薄膜的非残留转移仍然具有挑战性，阻碍了石墨烯的实际应用。本文，南京航空航天大学沈鸿烈教授团队、中国科学院上海微系统与信息技术研究所Tianru Wu等研究人员在《Journal of Materials Science》期刊发表名为“Direct preparation of graphene films with improved cleanness on dielectric substrates by a face-to-face method”的论文，研究通过利用直接键合铜（DBC）陶瓷板，开发了一种面对面的方法来实现在介电基板上直接制备石墨烯薄膜。利用DBC陶瓷板面朝下，可以在DBC薄膜上首先合成石墨烯薄膜。陶瓷板上的铜会在高温下熔化，石墨烯薄膜会直接附着在目标基板上。一步制备过程简单快捷。另一方面，通过面对面的方法可以制备厘米大小的高清洁度石墨烯薄膜。制备的石墨烯薄膜的迁移率约为 6400 cm2 ·V -1 ·S -1。作者相信这种方法将为在介电基板上合成石墨烯薄膜带来新的解决方案。

图文导读

图1、a.通过面对面法在基板上制备的石墨烯示意图；b、DBC薄膜上石墨烯颗粒和连续石墨烯薄膜的c OM像；(d) 通过面对面法合成的蓝宝石上石墨烯薄膜，插图描绘了蓝宝石上石墨烯薄膜的 OM 图像

图2、熔融处理前后Cu薄膜（由EBE制备）的a、b OM像；熔融处理前后Cu薄膜（直接键合制备）的c、d OM像

图3.a.通过烧结Cu膜和Al2O3陶瓷的界面制备DBC陶瓷板结构、b.铜-陶瓷界面的横截面SEM图像；c DBC陶瓷板在Cu-陶瓷界面处的EDS光谱；d – f界面处 O、Al 和 Cu 原子的相应 EDS 映射

图4、PMMA辅助法制备的蓝宝石上石墨烯薄膜的AFM图像；b , c面对面法制备的蓝宝石上石墨烯薄膜的 AFM 图像

图5、a . 蓝宝石衬底上制备的石墨烯薄膜的 XPS 光谱；b面对面法制备的300 nm SiO 2 /Si 衬底上的石墨烯薄膜的 OM 图像；c基于石墨烯的 FET 器件的传输特性，插图显示了设计的 FET 器件

小结

综上所述，开发了一种面对面的方法来在介电基板上制备厘米大小的石墨烯薄膜。相信面对面的方法将为在介电基板上制备大面积石墨烯薄膜提供替代解决方案，并促进石墨烯在电子器件中的应用。

文献：https://doi.org/10.1007/s10853-022-07778-5