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更简单的石墨烯方法为微纳米电子的发展铺平了道路
发布时间:2022-04-07 23:00:43 阅读:132

来源:瑞典查尔姆斯理工大学;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 宾泽川 编译

Munis Khan说:“我们的观察结果将增加这种柔性石墨烯薄膜在该领域的的应用,这也可能促进柔性电子材料进入新时代”。来源:查尔姆斯理工大学

    石墨烯自2004年被发现以来,凭借其非凡的性质得到广泛的关注,其中就包括其极高的载体流动特性。然而想要观察到其高载流动特性,只能使用需要复杂且昂贵的制造方法。现在Chalmers的研究人员通过更便宜和更简单的方法,同样观察到了石墨烯的令人惊奇的高电荷载流动性。

    来自查尔姆斯理工大学的研究员Munis Khan说到:“这一发现表明,石墨烯在便宜的柔性衬底上仍然具有高流动的特性,这一特性为石墨烯纳米电子的新时代发展铺平了道路”。

    石墨烯被称为世界上最薄的材料,它仅由单原子厚的碳原子层组成。由于其优异的电气,化学和材料性能,该材料已成为半导体、汽车和光电工业中最受欢迎的选择。石墨烯其中一个属性就是其极高的载流动性。

    Munis Khan说到:“在固态物理学中,电子载流子迁移率表示:在电场作用下,电子通过金属或半导体移动的速度。石墨烯中的高电子迁移率表明其在宽带通信和在太赫兹速率下运行的高速电子领域具有巨大的潜力。此外,石墨烯的其他材料特性,如高化学稳定性、优异的透明度和对生化的电敏感性,这使其在在显示、光收集设备、生物传感器领域成为一种很有前途的材料。”

    然而,在机械力剥离的石墨烯中,可以观察到石墨烯的极高载流子迁移率特性,该方法缺乏工业拓展性,无法制造在六边形-氮化物上的石墨烯装置。还有一种方法将通过称为化学气相沉积(CVD)的过程转移到复合氧化物异质结构的过程,以此来观察到这种高迁移率。上述的所有这些技术都需要复杂且昂贵的制造方法,这不仅价格昂贵,而且还妨碍了这些装置的大规模生产。

    更加便宜且具有高载流子迁移率的石墨烯

    最近,Munis Khan和他的同事们报告了一种令人惊奇的高载流子迁移率的CVD石墨烯,这种石墨烯先生长在未抛光的铜箔上,再通过普通的办公室层压机和湿法蚀刻,将铜转移到EVA/PET层压箔上。在60℃下保持石墨烯-塑料夹层数小时后,其载流子的迁移率提高了8倍。

    Munis Kha说:“这一发现表明,即使是廉价且柔软的石墨烯装置也可以具有极高的载流子迁移特性。我们的文章提出了一种更直接的方法,可以在具有高载流子迁移率的柔性衬底上制造廉价的石墨烯装置,这种方法可能只受CVD工艺和铜纯度的限制。” 

    用于EVA/PET的CVD石墨烯现在被广泛用于柔性和可拉伸电子产品的开发和研究,特别是在需要高柔韧性和可拉伸性的便携式能量收集设备、电子皮肤和可穿戴电子设备等仿生系统中。传统半导体缺乏石墨烯的优越机械性能,这使得它们不适合这类应用——往往需要具有高载流子迁移率的高导电柔性石墨烯薄膜。

    Munis Khan说到:“我们的观察将扩大这种柔性石墨烯薄膜在该领域的应用范围。 这也可能迎来柔性电子产品的新时代。在本文中我们提出了一个现在可以实现的,需要导电膜应用的简单方法。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非常敏感的生物传感器、太赫兹探测器和高频设备,这些应用同样也需要高载流子迁移率。主要面临的挑战是集成微细制造,以及如何在柔性基板上制造设备。一旦这些问题可能在2-3年内得到解决,我们就可以开始利用这种石墨烯薄膜制造工业设备”。

    发现内容

    在商品铜(Cu)箔上进行石墨烯的化学气相沉积(CVD),为获得高质量的单层石墨烯提供了一条可扩展的途径。CVD方法是基于沉积在衬底上的气态反应物。石墨烯生长金属表面上,例如铜、铂或Ir,之后可以将它们从金属中分离出来,并转移到特定需要的基底上。这个过程可以简单地解释为含碳气体在高温(900-1100 摄氏度)下与金属催化剂发生反应,金属催化剂既可以作为碳分解的催化剂,也可以作为石墨烯晶格成核的表面。 

    研究人员发现,CVD石墨烯通过热压层压从铜上转移到EVA/PET(普通层压袋),在最初的500-1000 cm2/(V s)范围内其表现出较低的载流子迁移率。但是,一旦这些薄膜在60℃的氮气中持续流动几个小时后,其室温下迁移率将提高8倍,达到6000 ~ 8000 cm2/(V s)。

    这项研究发表在《纳米材料》杂志上

 
 

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