石墨烯制备新方法及其在场效应晶体管中的应用_

摘要

石墨烯具有非常优异的电学、热学和力学性质，是一种有重要应用前景的二维新材料。单晶石墨烯具有高于商用硅片几十倍的载流子迁移率（理论可达 2×10⁵cm²/V·s）以及优良的电子传输特性，在微纳电子器件领域有着重要应用前景。石墨烯基微纳电子器件的设计及性能提升得益于单晶石墨烯品质的提高，这依赖于制备方法的改进和技术新突破。从石墨烯基本特性出发，介绍了石墨烯的制备和表征方法，以微纳电子器件应用为目的，总结了当前有应用前景的石墨烯制备新方法和新工艺，包括“智能衬底”CVD法“、点籽晶”诱导生长法和“内外碳源协同”法。最后，简单介绍了石墨烯在场效应晶体管中的新应用。

引言

2004年，曼彻斯特大学的两位科学家Geim和Novoselov在实验室中采用机械剥离的方法从高定向的热解石墨（HOPG）中成功剥离出了只有1个原子层厚的二维晶体，并将其命名为石墨烯。从此，石墨烯以其优异的电、热、力等性能，受到材料、物理、化学、生物和信息等领域研究人员的密切关注。Geim和Novoselov两位科学家也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是继碳纳米管后碳材料家族的又一个传奇，具有非常优异的物理性质，如本征载流子迁移率高、载流子饱和漂移速度高、热导率和杨氏模量大、表面积大等。石墨烯优异的物理性质吸引了国内外科学家的普遍关注。近些年来，研究人员在石墨烯基场效应晶体管（graphene field effect transistor，GFET）、射频晶体管（radio fiequency field effect transistor，RF-FET）、光电器件、弹道器件、自旋器件、传感器、触摸屏、超级电容器、天线、柔性器件和 NEMS器件等方面均已开展了较为广泛的研究并取得显著研究成果。石墨烯在微纳电子器件、光电显示和能量储存等领域已经展现出巨大的应用潜力，为下一代半导体和信息技术的发展提供了新的契机。

本文首先介绍了石墨烯的基本性质、制备及表征方法，然后重点介绍了微纳电子器件用石墨烯的制备新方法和新工艺，同时，介绍了石墨烯基场效应晶体管的结构、应用和研究现状，最后做简单总结并指出石墨烯制备及微纳器件的发展方向。