單晶石墨烯由于其超高的載流子遷移率，被認為是后硅CMOS時代最具潛力的溝道材料之一，直接在CMOS技術(shù)兼容的襯底上制備單晶石墨烯晶圓是石墨烯走向微電子應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前依然存在挑戰(zhàn)。工業(yè)界主流的CMOS技術(shù)基于(001)晶面硅晶圓，這意味著相較于(110)晶面的鍺晶圓，(001)晶面的鍺晶圓與CMOS工藝的兼容性更強。然而，通常(001)晶面鍺上生長的石墨烯晶疇取向無法控制，晶疇合并形成的石墨烯晶圓含有大量晶界，無法獲得石墨烯單晶晶圓烯，影響石墨烯在微電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

　　研究發(fā)現(xiàn)，選用10^o以上斜切角度的(001)晶面鍺作為石墨烯的生長襯底，可以獲得單一取向的石墨烯晶疇。通過將這些取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接，研究人員在15^o切角(001)晶面鍺襯底表面制備出高遷移率的單晶石墨烯晶圓。實驗結(jié)果和理論計算表明，石墨烯晶疇的形核取向與鍺襯底的斜切角度緊密關(guān)聯(lián)。同時，研究人員利用原子力顯微鏡對石墨烯生長行為進行連續(xù)觀察，結(jié)果表明，15^o切角(001)晶面鍺襯底表面上沿著斜切方向的石墨烯的形核被抑制，而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影響。整個石墨烯生長過程中，無新的石墨烯形核產(chǎn)生，單晶石墨烯晶圓的制備是由取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接而成。通過此技術(shù)制備出的單晶石墨烯晶圓展現(xiàn)出超高的載流子遷移率，有望對石墨烯納米電子器件的研制提供材料支撐。

　　論文由上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗室與華東師范大學合作完成。上海微系統(tǒng)所直博生李攀林與華東師范大學博士生魏文婭為共同第一作者，上海微系統(tǒng)所研究員狄增峰和華東師范大學教授袁清紅為共同通訊作者，上海微系統(tǒng)所為第一完成單位。研究工作得到國家科技重大專項、中科院前沿科學重點研究項目、國家自然科學基金杰出青年基金、上海市科學技術(shù)委員會、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

　　論文鏈接 

　　利用原子力顯微鏡連續(xù)觀察單晶石墨烯生長過程

　　4英寸單晶石墨烯晶圓的載流子遷移率分布及統(tǒng)計