中國(guó)粉體網(wǎng)訊  中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)研究取得新進(jìn)展，研究員謝曉明領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)采用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法成功制備出單原子層高質(zhì)量石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)，并將其成功應(yīng)用于WSe2/MoS2 二維光電探測(cè)器件。研究論文Synthesis of High-Quality Graphene and Hexagonal Boron Nitride Monolayer In-Plane Heterostructure on Cu–Ni Alloy 于5月19日在Advanced Science上發(fā)表。

石墨烯（graphene）和六方氮化硼（h-BN）結(jié)構(gòu)相似但電學(xué)性質(zhì)迥異。由于石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)在基礎(chǔ)研究和器件探索方面具有重要潛力，因而備受學(xué)術(shù)界關(guān)注。graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的制備一般采用依次沉積石墨烯和h-BN，或者相反次序來實(shí)現(xiàn)，由于后續(xù)薄膜形核控制困難以及生長(zhǎng)過程中反應(yīng)氣體很容易對(duì)前序薄膜產(chǎn)生破壞，因而目前文獻(xiàn)報(bào)告graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量不盡如人意。上海微系統(tǒng)所信息功能材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的盧光遠(yuǎn)、吳天如等人基于銅鎳合金襯底生長(zhǎng)高質(zhì)量h-BN和石墨烯薄膜的研究基礎(chǔ)，通過先沉積h-BN單晶后生長(zhǎng)石墨烯，成功制備了高質(zhì)量石墨烯/h-BN平面異質(zhì)結(jié)。

由于銅鎳合金上石墨烯生長(zhǎng)速度極快，較短的石墨烯沉積時(shí)間減小了對(duì)石墨烯薄膜生長(zhǎng)過程中對(duì)h-BN薄膜的破壞。同時(shí)由于銅鎳合金優(yōu)異的催化能力，在提高氮化硼單晶結(jié)晶質(zhì)量的同時(shí)消除了石墨烯的隨機(jī)成核，使得石墨烯晶疇只在三角狀h-BN單晶疇的頂角處形核并沿著h-BN邊取向生長(zhǎng)。課題組與美國(guó)萊斯大學(xué)教授Jun Lou等團(tuán)隊(duì)合作，利用合作培養(yǎng)博士研究生計(jì)劃，在高質(zhì)量石墨烯/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上，以石墨烯作為接觸電極，h-BN作為絕緣襯底，制備了WSe2/ MoS2 二維光電探測(cè)器，驗(yàn)證了石墨烯/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量和電學(xué)性能，為基于該異質(zhì)結(jié)材料平臺(tái)開展基礎(chǔ)研究和二維邏輯集成電路應(yīng)用探索提供了基礎(chǔ)。

該項(xiàng)工作得到了科技部重大專項(xiàng)“晶圓級(jí)石墨烯電子材料與器件研究”以及中科院和上海市科委相關(guān)研究計(jì)劃的資助。

圖1 高質(zhì)量graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的CVD制備 

圖2 Graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)上的WSe2/MoS2光電器件應(yīng)用