中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)，近年來石墨烯得到越來越廣泛的關(guān)注。石墨烯納米結(jié)構(gòu)是未來石墨烯電子電路的基本組成單元。多種石墨烯光電子學(xué)、自旋電子學(xué)、力學(xué)或生物傳感等器件也離不開石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控制備。目前，石墨烯納米結(jié)構(gòu)的制造方法主要分為兩大類：一是自下而上的直接生長(zhǎng)或分子組裝法；另一種是自上而下加工法。自上而下加工是未來可控、可擴(kuò)大化制備石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方法，也是目前此領(lǐng)域內(nèi)研究的重點(diǎn)。目前，已經(jīng)發(fā)展了多種自上而下加工和剪裁大面積石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方法。然而，一種簡(jiǎn)單有效、可控、可批量加工的石墨烯納米結(jié)構(gòu)圖形化技術(shù)仍然是此研究領(lǐng)域一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）張廣宇研究組（納米實(shí)驗(yàn)室N07組）一直把石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控加工及其輸運(yùn)性質(zhì)的研究作為一個(gè)重要方向。在前期的研究工作中，發(fā)現(xiàn)一種石墨烯面內(nèi)各向異性刻蝕效應(yīng)【Advanced Materials 22, 4014, (2010)】；并以此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了鋸齒形邊緣石墨烯納米結(jié)構(gòu)的精確加工和剪裁【Advanced Materials 23，3061 (2011)】；進(jìn)而研究了鋸齒形邊緣石墨烯納米帶的電聲子耦合效應(yīng)【Nano letters 11, 4083 (2011)】。
最近，N07組博士生謝貴柏等在以往工作基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種可控、簡(jiǎn)便、高效的石墨烯納米結(jié)構(gòu)圖形化新技術(shù)——石墨烯邊緣印刷術(shù)。此技術(shù)結(jié)合原子層沉積高?氧化物在石墨烯邊緣上的選擇性沉積的特點(diǎn)，利用沉積的氧化物納米帶做掩模，通過反應(yīng)離子刻蝕加工制備石墨烯納米結(jié)構(gòu)。通過控制原子層沉積調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)線寬小于5納米的石墨烯納米結(jié)構(gòu)的加工；結(jié)合各向異性刻蝕的方法，可以實(shí)現(xiàn)多種具有可控線寬的準(zhǔn)一維石墨烯納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米環(huán)等的批量加工。同時(shí)，這種選擇性沉積的高?氧化物納米帶可以作為頂柵器件的介電層，這是石墨烯邊緣加工方法的又一優(yōu)勢(shì)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期《納米快報(bào)》【Nano letters 12, 4642 (2012)】上。
這項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部重大研究計(jì)劃、以及中科院“百人計(jì)劃”的支持。
文章鏈接：
1、“Patterning Graphene with Zigzag Edges via Self-Aligned Anisotropic Etching”
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201100633/pdf
2、“An Anisotropic Etching Effect in the Graphene Basal Plane”
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201000618/pdf
3、“Observation of Raman G-Peak Split for Graphene Nanoribbons with Hydrogen-Terminated Zigzag Edges”
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl201387x
4、“Graphene Edge Lithography”
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl301936r
圖1.石墨烯邊緣印刷術(shù)的工藝流程圖。包括：在石墨烯邊緣上的選擇性原子層沉積高?氧化物、反應(yīng)離子刻蝕去除暴露的石墨烯、以及濕法刻蝕去除沉積的氧化鋁/氧化鉿。
圖2. 采用石墨烯邊緣印刷術(shù)加工的納米帶、納米環(huán)等結(jié)構(gòu)。在c中，納米帶的寬度為~15nm，相鄰納米帶間隔約為~35nm。
圖3. 利用自然解理的石墨烯邊緣加工出的石墨烯納米帶頂柵器件電學(xué)特性。室溫電輸運(yùn)測(cè)量的結(jié)果顯示，頂柵的跨導(dǎo)是底柵跨導(dǎo)的14倍，實(shí)現(xiàn)了頂柵對(duì)漏極電流更好的控制。
