麻省理工学院发现制备晶圆级单畴石墨烯的新方法

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注：“单畴”一词通常磁性材料中，当磁性材料的尺度小于临界值时，原有的磁畴结构消失，材料内部磁矩只沿某一方向平行排列的磁状态。此处用“单畴”形容石墨烯，意为排列规则，性能均匀。

麻省理工学院机械工程系与材料科学与工程系的助理教授Jeehwan Kim说：“石墨烯要想成为工业领域内的主要半导体材料，它必须是单畴的、性能均匀的。现在，我们已经能够生产出真正的晶圆级单畴石墨烯。”

制备石墨烯的最常用的方法是化学气相沉积（CVD）：首先，碳原子沉积到像铜箔这样的晶体衬底材料上；当单层碳原子均匀地覆盖在铜箔上后，将其浸入酸中刻蚀掉铜，留下石墨烯；最后，将石墨烯从酸中取出。

从整个制备的过程我们不难看出，铜衬底本身的粗糙度和从酸中提取石墨烯的过程都会对石墨烯质量产生很大影响，通常会使石墨烯产生大范围的、宏观的褶皱。这样的石墨烯就不均匀，原子排列也不规则，使单晶石墨烯变成了由石墨烯片不规则堆积的“多晶”石墨烯，从而阻碍电子的传输。

在2013年，Kim在IBM工作时，他就和同事提出了一种制备单层石墨烯晶圆的方法，这种方法能够使石墨烯上的碳原子成键取向完全一致。

该团队使用的不是CVD，而是依靠原子表面光滑的碳化硅晶片。他们的方法也会产生微小的、类似阶梯状的微小褶皱，但是这种褶皱的尺寸大约处于埃（十亿分之一米）量级，是可以被消除的。最后他们使用镍薄片将碳化硅晶圆的最顶层的石墨烯剥离出来，这个过程称为“层析石墨烯转移”（layer-resolved graphene transfer）。

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