王浩敏团队制备成功石墨烯纳米带

3月10日，记者从中国科学院上海微系统研究所获悉，该所信息功能材料国家重点实验室的王团队在世界上首次采用模板法实现了石墨烯纳米带在六方氮化硼凹槽中的可控生长，成功开启了石墨烯带隙，并在室温下验证了其优异的电学性能，为石墨烯数字电路的研发提供了可能的技术途径。3月9日，相关的研究结果发表在《自然-传播》杂志上。据报道，本研究提出的石墨烯纳米带的制备方法已经获得了中国和美国的发明专利。

研究人员通过金属纳米粒子刻蚀六方氮化硼单晶衬底，沿锯齿形方向和宽度切割出单原子层厚度、边缘平坦且具有一定可控性的纳米沟槽，并通过化学气相沉积在沟槽中制备出长度为几微米、宽度小于10纳米的高质量石墨烯纳米带。实验结果表明，石墨烯通过台阶外延生长在沟槽中，并与最上面的六方氮化硼形成面内异质结。研究人员已经制备了基于石墨烯纳米带的场效应晶体管。室温下亚5纳米器件的电流开关比大于104，载流子迁移率约为750 cm2/Vs，电学测量提取的电输运带隙约为0.5eV，能够满足数字电路研发的基本要求。

石墨烯是由单层碳原子组成的二维原子晶体，具有优异的物理、化学和电学性能。然而，本征石墨烯材料具有零带隙，这限制了其在微纳电子器件，尤其是数字电路中的应用。制备具有开放带隙的石墨烯纳米带是一种很有潜力的方法。然而，传统的石墨烯纳米带制备方法在控制宽度和边界手性方面存在困难，同时也面临着转移的缺点。

“本研究验证了六方氮化硼单晶上宽度和边界可控的无转移技术电路是一种理想的石墨烯衬底，”研究员王·说，这为进一步探索与CMOS集成电路兼容的石墨烯逻辑电路提供了一个重要平台。同时，他说可控边界是制备实用石墨烯逻辑器件的重要前提。“这一研究结果通过各种实验手段初步证明了所制备的纳米带具有纯锯齿边界结构，但目前正在进行获得原子级元素分辨率的直接证据的研究。”

据报道，该研究得到了2002年国家科技部重大项目“晶圆级石墨烯电子材料与器件研究”等项目的支持。合作伙伴包括上海科技大学、华中科技大学、中南大学、新加坡南洋理工大学、复旦大学和中国科学院上海技术物理研究所。