HUANG

总结：在过去十年间，石墨烯由于其独特的光学性能、机械性能、电学性能以及结构等而得到广泛研究。这种单原子层厚的石墨烯片可以引起电子制造业的革命，同时也会提高电子产品的反应速度，降低太阳能电池制造成本，促进新型传感器和更有效的生物电子传感器装置。石墨烯作为潜在的接触电极和互联材料，晶圆尺寸的石墨烯在微电子电路中是非常重要的部件。但是很多石墨烯合成方法合成的石墨烯并不能与硅微电子兼容，这也是制约石墨烯从合成到产业化的瓶颈。

来源：J. Kim/KoreaUniversity, Korea

如今，来自韩国高丽大学的研究人员开发了一种简单的方法来制备石墨烯，并且成功合成了晶圆级高品质多层石墨烯。这种方法是基于离子注入技术开发的，这些受激离子会改变半导体的物理、化学和电子特性。

“为了将石墨烯应用于先进的硅基微电子产品中，需要在低温下大规模合成没有缺陷的石墨烯片于硅晶圆片上，而这无法通过传统的石墨烯合成方法实现，因为传统方法需要在高温下进行。我们的研究工作表明，碳离子注入技术在直接合成晶圆级大小的石墨烯集成电路技术方面具有非常重要的潜力。”Jihyun Kim说。

石墨烯在十年前被发现，如今已被视为最薄、最轻以及强度最大的材料。石墨烯非常柔软，无毒，其导电性能可以和铜媲美。由于其优异的性能，它被视为下一代电子产品的理想材料。

“在硅基微电子中，石墨烯是一种潜在的接触电极，同时也是连接半导体器件的配线材料，用以形成所需的电路。这使得高温加工是不被允许的，因为高温会引起损伤、应变和可能发生掺杂原子的无序扩散等。”Kim说。因此，虽然传统的合成石墨烯的方法被广泛使用，但是该方法并不能用于硅基微电子的制备。“由于石墨烯在目标基板上的传递包含了裂缝、皱纹和污染物等，因此我们希望能够开发直接在硅基微电子上合成高质量多层石墨烯的方法。”Kim说。

Kim的方法是基于离子注入技术开发的。在该过程中，碳离子在电场的作用下加速并轰击由镍、二氧化硅和硅组成的层表面上，反应温度为500华氏度。镍层是合成石墨烯的催化层。然后再经过热处理过程形成蜂窝状碳原子晶格。Kim解释道，活化退火温度可以通过离子注入的条件来进行调节。该团队系统研究了退火条件对合成石墨烯的影响。“我们的合成方法是可控的，且可规模化生产，这使得我们可以大规模制备石墨烯。”Kim 说。