新式有序陣列技術提升石墨烯晶體製造效率

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美國普渡大學(Purdue University)的研究人員們研究出一種能夠改善石墨烯單晶體陣列的製造方法，使其能實現類似於矽晶生產的方式與品質。「以矽晶所實現的高品質量產觀點來看，石墨烯尚未到位，但在邁向這一發展方向的道路上，該研究進展可說是非常重要的一步。」普渡大學奈米科學與物理學助理教授Yong P. Chen表示。據稱這是普渡大學首次展示如何製作出具有規律的模式，以用於製造商用電子元件與積體電路。研究人員們利用化學氣相沉積法，在含有甲烷的氣室中從銅箔上的石墨烯「種子」生長出六角形的單晶體。

「使用這些種子，我們可以使其生長出成千上萬十分規律的石墨烯單晶體陣列，」Qingkai Yu u表示。Qingkai Yu在休士頓大學任研究員時即率先使用這種研究方法，現在是這一研究計劃的通訊作者之一，同時也是德州州立大學Ingram工程學院的助理教授。「我們希望業界能夠注意到這些新發現，並考慮將有序陣列(ordered array)視為製造電子元件的一種可能方法。」

目前石墨烯是在多晶板上製造的，但這種多晶板是由隨機放置且形狀不規則的「晶粒」組合在一起所成的。相反地，採用一種更有規律的有序陣列能夠使每一晶體的位置更具有可預測性。這些陣列使研究人員們能夠在每一晶粒中精確定位電子元件，美國Brookhaven 國家實驗室研究人員Eric Stach表示，他曾經是普渡大學材料工程學的教授。

這項新的研究結果證實了一項理論：在一顆晶粒碰觸另一顆晶粒時，電子流向將會受阻。透過單晶體晶粒陣列將可免除這樣的問題。

研究人員們表示，他們能控制這種有序陣列的生長，同時，這也首次展示了個別晶粒邊界的電子特性──他們發現石墨烯原子晶格中的單一六角晶粒的邊緣具有明確的平行方向，因而能夠進一步地找出每一晶體的方向。

研究人員利用透射電子顯微鏡和掃描穿隧顯微鏡來確定石墨烯晶格的方向，並採用連接至兩個相鄰晶粒的微電極來測量晶界上的電子特性。有關的調查結果還利用拉曼光譜儀(Raman spectroscopy)，展現在晶界存在著一種較高的電阻，同時也顯示出，由於電子具有散射特性，使其導電性因邊界而受阻。

這項研究由美國的國家科學基金會(NSF)、能源部(DoE)、國土安全部(DHS)、國防部國防威脅降低局(Defense Threat Reduction Agency)、IBM公司、Welch Foundation以及the Miller Family Endowment and Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery等單位贊助。

編譯：Susan Hong(參考原文：Fabbing graphene arrays rivaling silicon process，by Nicolas Mokhoff)