基于化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）方法在超平整Cu(111)晶圆衬底制备的石墨烯晶圆材料质量高、性质优异，是未来极具应用前景的石墨烯薄膜材料。由于晶圆材料的应用需要在不同特定衬底上的石墨烯晶圆，因此为实现石墨烯晶圆材料的规模化应用，亟需开发石墨烯晶圆的快速、规模化的转移方法。传统的转移方法，例如化学刻蚀金属衬底法与电化学鼓泡剥离法，由于复杂的操作步骤，且需要较长转移时间，难以用于快速的规模化石墨烯晶圆转移，使得后续的石墨烯晶圆在电子器件等领域的应用难以实现。
为了解决石墨烯晶圆的规模化转移问题，北京大学/北京石墨烯研究院刘忠范课题组、林立课题组、彭海琳课题组与中国科学技术大学吴恒安课题组报道了一种石墨烯晶圆的快速、规模化转移方法。该方法的特点是对铜晶圆表面进行均匀氧化，并旋涂聚双酚A碳酸脂（PC)以及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)作为转移媒介将石墨烯与铜晶圆机械“干法”分离，之后采用高分子共混策略实现石墨烯与目标衬底的无损动态辊压贴合，并在转移媒介中再混合低玻璃化转变温度的聚碳酸亚丙酯（PPC）促进石墨烯与目标衬底的共形接触，最终利用有机溶剂去除高分子转移媒介。转移后的石墨烯结构完整、表面洁净，并且全部转移操作可在15分钟内完成。该研究采取不同于传统的铜氧化策略，而是利用将石墨烯晶圆浸泡于乙醇/水混合液中，调节氧化剂在石墨烯与铜界面处的浸润性，进而在铜晶圆/石墨烯界面处形成了大面积均匀的氧化层，确保机械剥离后的石墨烯晶圆薄膜保持结构完整。研究成果以“Rapid and Scalable Transfer of Large-area Graphene Wafers”为题，于2023年4月7日在线发表在《先进材料》（Advanced Materials, 2023, https://doi.org/10.1002/adma.202300621）上。
图1 石墨烯晶圆快速、规模化转移方法流程图
图2 铜晶圆的均匀氧化结果以及石墨烯晶圆的完整、洁净转移结果
该论文的共同通讯作者为北京大学、北京石墨烯研究院刘忠范教授、林立研究员、彭海琳教授和中国科学技术大学吴恒安教授。北京石墨烯研究院贾开诚特聘研究员、中国科学技术大学朱银波副教授、中国科学技术大学汪国睿特任研究员和青岛大学张晓东教授共同参与完成了本工作。共同第一作者是北京大学/北京石墨烯研究院博士后胡兆宁、北京大学博士研究生李芳芳、北京石墨烯研究院吴昊天、北京大学/中国科学院国家纳米中心博士研究生廖珺豪和中国科学技术大学博士研究生王全。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京市科委、北京分子科学国家研究中心等项目资助。
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