更简单的石墨烯方法为纳米电子学的新时代铺平了道路

自2004年被发现以来，石墨烯因其非凡的特性而备受关注，其中包括极高的载流子迁移率。然而，只有使用需要复杂且昂贵的制造方法的技术才能观察到高载流子迁移率。现在，Chalmers的研究人员使用更便宜和更简单的方法报告了石墨烯的惊人高电荷载流子迁移率。

“这一发现表明，转移到廉价且灵活的基板上的石墨烯仍然具有不折不扣的高迁移率，它为石墨烯纳米电子学的新时代铺平了道路，”查尔姆斯理工大学研究员穆尼斯汗说。

石墨烯是单原子厚的碳原子层，被称为世界上最薄的材料。由于其优异的电气、化学和材料特性，该材料已成为半导体、汽车和光电行业的热门选择。其中一项特性是其极高的载流子迁移率。

“在固态物理学中，电子载流子迁移率表征了电子在被电场拉动时能够以多快的速度穿过金属或半导体。石墨烯的高电子迁移率表明宽带通信和高速电子设备在太赫兹开关速率。此外，其他材料特性，如高化学稳定性、出色的透明度和对生化物质的电敏感性，使其成为显示器、光收集设备和生物传感器的有前途的材料，”MunisKhan说。

然而，石墨烯中极高的载流子迁移率要么在机械剥离的石墨烯中观察到，这是一种缺乏工业可扩展性的工艺，要么是在六方氮化硼上制造的石墨烯器件。通过将通过称为化学气相沉积(CVD)的工艺生长的石墨烯转移到复合氧化物异质结构中，也观察到了如此高的迁移率。所有这些技术都需要复杂且昂贵的制造方法，这不仅使其更加昂贵，而且阻碍了此类设备的大规模生产。

具有高载流子迁移率的更便宜的石墨烯

现在，MunisKhan和他的同事报告了CVD石墨烯惊人的高电荷载流子迁移率，该石墨烯生长在未抛光的铜箔上，并通过使用普通办公室层压机和湿法蚀刻铜转移到EVA/PET层压箔上。简单地将石墨烯塑料三明治在60°C下保持几个小时后，迁移率提高了八倍。

“这一发现表明，即使是廉价和灵活的石墨烯设备仍然可以具有毫不妥协的高移动性，”穆尼斯汗说。“我们的文章提出了一种在具有高载流子迁移率的柔性基板上制造廉价石墨烯器件的简单方法，可能仅受CVD工艺和铜纯度的限制。”

转移到EVA/PET上的CVD石墨烯在柔性和可拉伸电子产品中得到了深入的探索和研究，特别是在形状一致的系统中，如便携式能量收集设备、电子皮肤和可穿戴电子设备等需要高柔韧性和可拉伸性的设备。传统的半导体缺乏石墨烯所具有的优异机械性能，这使得它们不适合此类应用——通常需要具有高载流子迁移率的高导电柔性石墨烯薄膜。

“我们的观察确实会扩大这种柔性石墨烯薄膜在该领域的应用范围。这也可能开启柔性电子的新时代。现在可以通过我们文章中提出的一种经济实惠且简单的方法来实现需要高导电薄膜的应用。事实上，在我们的研究小组中，我们打算使用这种石墨烯薄膜来制造极其敏感的生物传感器、太赫兹探测器和高频器件，这些应用也需要高载流子迁移率。挑战将是集成微细加工技术以在柔性基板上制造器件。这些问题可能在2-3年内得到解决，我们可以开始利用这种石墨烯薄膜制造工业用设备，”MunisKhan说。

关于发现

石墨烯在商业铜(Cu)箔上的化学气相沉积(CVD)为实现高质量单层石墨烯提供了一条可扩展的途径。CVD方法基于沉积在衬底上的气态反应物。石墨烯在铜、铂或铱等金属表面上生长，之后它可以与金属分离并转移到特定要求的基板上。该过程可以简单地解释为含碳气体在金属催化剂的存在下在高温(900-1100摄氏度)下反应，金属催化剂既可作为碳物质分解的催化剂，又可作为碳物质的表面。石墨烯晶格的成核。

研究人员发现，CVD石墨烯一旦通过热压层压从铜转移到EVA/PET(普通层压袋)上，最初在500-1000cm2/(Vs)范围内表现出较低的载流子迁移率。但是，一旦这些薄膜在恒定的氮气流中在60℃下保持数小时，迁移率就会增加八倍，并在室温下达到6000-8000cm2/(Vs)。