近期，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在層數(shù)可控石墨烯薄膜制備方面取得新進展。課題組設計了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術(shù)引入碳源，通過精確控制注入碳的劑量，成功實現(xiàn)了對石墨烯層數(shù)的調(diào)控。相關(guān)研究成果以Synthesis of Layer-Tunable Graphene：A Combined Kinetic Implantation and Thermal Ejection Approach 為題作為背封面(Back Cover)文章發(fā)表在Advanced Functional Materials 2015年第24期上。
 
    石墨烯以其優(yōu)異的電學性能、出眾的熱導率以及卓越的力學性能等被人們普遍認為是后硅CMOS時代延續(xù)摩爾定律的最有競爭力的電子材料，擁有廣闊的應用前景。然而，針對特殊的應用需求必須對石墨烯的層數(shù)進行精確控制。上海微系統(tǒng)所SOI材料課題組圍繞石墨烯層數(shù)控制問題，結(jié)合Ni和Cu在CVD法中制備石墨烯的特點，利用兩種材料對碳溶解能力的不同，設計了Ni/Cu體系(即在25 μm厚的Cu箔上電子束蒸發(fā)一層300 nm的Ni )，并利用半導體產(chǎn)業(yè)中成熟的離子注入技術(shù)將碳離子注入到Ni/Cu體系中的Ni層中，通過控制注入碳離子的劑量(即4E15 atoms/cm2劑量對應單層石墨烯，8E15 atoms/cm2劑量對應雙層石墨烯)，經(jīng)退火后成功實現(xiàn)了單、雙層石墨烯的制備。
 
    與傳統(tǒng)的CVD制備石墨烯工藝相比，離子注入技術(shù)具有低溫摻雜、精確的能量和劑量控制和高均勻性等優(yōu)點，采用離子注入法制備石墨烯單雙層數(shù)僅受碳注入劑量的影響，與氣體的體積比、襯底厚度以及生長溫度無關(guān)。此外，離子注入技術(shù)與現(xiàn)代半導體技術(shù)相兼容，有助于實現(xiàn)石墨烯作為電子材料在半導體器件領域真正的應用。
 
    該研究得到了國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體、優(yōu)秀青年基金、中國科學院高遷移率材料創(chuàng)新研究團隊等相關(guān)研究計劃的支持。