中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)在單層氧化石墨烯上直寫制備納米功能器件

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在分子尺度量子調(diào)控研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究人員利用原子力針尖誘導(dǎo)的局域催化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在單層氧化石墨烯上直寫納米圖形和制備功能器件，該研究成果在線發(fā)表在11月13日出版的《自然-通訊》雜志上。

單層石墨烯具有*的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)性能，有望成為未來(lái)信息器件的理想材料。如何在二維的石墨烯上直接裁剪或制備出各種納米圖形，是實(shí)現(xiàn)人們夢(mèng)想的全碳基電路的前提，也被認(rèn)為是石墨烯研究領(lǐng)域挑戰(zhàn)的方向之一。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，合肥微尺度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分子尺度量子調(diào)控研究團(tuán)隊(duì)的王曉平教授研究組和羅毅教授研究組緊密合作，提出了在絕緣的氧化石墨烯上通過(guò)局域的還原反應(yīng)，直接制備導(dǎo)電的納米圖形并構(gòu)筑器件及互聯(lián)電路的新設(shè)計(jì)思想。博士生張琨等人利用鍍鉑原子力針尖的局域催化作用，在氫氣氛和低溫加熱的條件下，制備出zui小寬度僅20nm的還原石墨烯條帶圖形，其電導(dǎo)率超過(guò)104S/m，比氧化石墨烯提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)。

利用此方法，他們還成功演示了納米互聯(lián)電路和場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，器件的遷移率可達(dá)20cm2/Vs，明顯優(yōu)于目前常用的導(dǎo)電聚合物和非晶硅場(chǎng)效應(yīng)管器件的遷移率性能。此外，他們通過(guò)理論計(jì)算，揭示了這種局域還原反應(yīng)的微觀機(jī)理。這一技術(shù)具有圖形和器件可直寫、線條寬度可控、制備條件溫和（任意襯底、常壓、近室溫）、同現(xiàn)有微電子技術(shù)兼容等顯著優(yōu)點(diǎn)，因而有望推動(dòng)石墨烯納米器件、電路與集成的zui終實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

這項(xiàng)研究得到了國(guó)家重大研究計(jì)劃量子調(diào)控項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體等項(xiàng)目的資助。