北大刘忠范，苏大孙靖宇Small综述：晶圆尺寸石墨烯薄膜的可控制备：挑战、现状与展望

文章来源：北科新材浏览次数：4316时间：2021-07-01 QQ学术交流群：1092348845

石墨烯具有超高的电子迁移率、热导率和优异的透光性能，在电子学、光学和传感器等领域有着广阔的应用前景；晶圆通常是半导体晶体管或集成电路的基片，是半导体产业的基础性材料。石墨烯薄膜与晶圆材料的结合使得通过传统的微纳加工工艺制造石墨烯基器件阵列成为可能，因而发展晶圆尺寸高品质石墨烯薄膜的制备方法是推动石墨烯基器件产业应用的关键。在众多石墨烯制备方法中，化学气相沉积(CVD)法具有高可控性、低成本、可规模化的突出优势，制得的石墨烯薄膜具有较高的结晶质量，已成为制备高品质石墨烯薄膜的最重要的方法。

北京大学刘忠范与苏州大学孙靖宇团队系统综述了化学气相沉积法制备晶圆尺寸石墨烯薄膜的最新进展，基于实际应用场景分析了石墨烯薄膜的品质需求和兼容性需求，基于CVD石墨烯的化学反应动力学和气相流体动力学讨论了制备策略，并展望了该领域未来的重要研究方向。

图1 晶圆尺寸石墨烯薄膜的CVD制备挑战。

作者们首先从应用导向出发，系统地梳理了不同应用场景下的晶圆尺寸石墨烯薄膜的品质需求和兼容性需求，并针对性地总结了晶圆尺寸石墨烯薄膜的CVD法制备面临的挑战。之后对晶圆尺寸石墨烯薄膜制备领域的最新进展进行了综述，从石墨烯化学气相沉积的基元步骤出发，分别展开了热力学、生长动力学和流体动力学方面的讨论，将晶圆尺寸石墨烯薄膜制备的关键点归结于体系中的固相和气相，强调了两个关键的界面：衬底表面边界层和石墨烯-衬底界面对石墨烯生长的影响，并从控制反应体系中流场和温场的角度对晶圆尺寸石墨烯薄膜的批量化制备方法进行了讨论。最后，作者对当下通过CVD制备晶圆尺寸石墨烯薄膜的方法进行了列表总结，并对后续的研究提出了以下三个方面的展望：a) 发展CMOS兼容的制备方法；b) 发展非晶衬底上的制备方法；c) 实现富缺陷石墨烯的可控制备。

图2 石墨烯CVD生长示意图

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