韩国开发新的石墨烯合成方法

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最近，韩国研究人员开发了一种与微电子技术兼容的方法来生长石墨烯，并成功地在硅衬底上合成了晶圆级(4英寸直径)的高质量多层石墨烯。该方法基于离子注入技术，简单且可扩展。这项成就让石墨烯更接近商业应用。相关论文发表在本周的《应用物理快报》上。

晶圆级石墨烯可能是微电子电路的重要组成部分，但大多数石墨烯制造方法与硅微电子器件不兼容，这阻碍了石墨烯从潜在材料向实际应用的飞跃。

为了将石墨烯与先进的硅微电子器件集成在一起，大型石墨烯片不能起皱和撕裂，并且必须能够在低温下沉积在硅晶片上，而传统的石墨烯合成技术需要高温。“我们的研究表明，碳离子注入技术在集成电路用圆片级石墨烯的直接合成中具有巨大的潜力，”研究小组组长、韩国大学化学和生物工程教授金智贤说。

金智贤指出，传统的化学气相沉积法要求温度在1000℃以上，石墨烯可以在铜和镍薄膜上大面积合成，然后转移到硅衬底上，这会导致开裂、起皱和污染。他的方法是基于离子注入。这是一种微电子兼容技术，通常用于半导体掺杂。碳离子在电场中被加速，并在仅500℃的温度下撞击一层由镍、二氧化硅和硅组成的材料。镍层具有高的碳溶解度，用作合成石墨烯的催化剂。然后通过高温活化退火形成石墨烯蜂窝晶格。

他们还系统地研究了合成过程中各种退火条件的影响，包括环境压力、环境气体和处理时间的变化。金智贤说，离子注入技术对产品结构的控制比其他制造方法更好，因为石墨烯层的厚度可以通过控制碳离子注入的剂量来精确控制。“我们的合成方法可控且可扩展，允许我们根据硅片的大小(直径超过300毫米)生成石墨烯。”

接下来，研究人员计划继续降低合成过程的温度，并控制石墨烯的厚度以用于工业生产。

(编者:胡彦明)