近日，中國科學院上海微係統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料研究組在層數可控石墨烯薄膜製備方麵取得新進展。研究團隊設計了Ni/Cu係統，並利用離子注入技術引入碳源。通過精確控製注入碳的劑量，他們成功地控製了石墨烯層數。相關研究成果以封底文章形式發表在Advanced Function Materials 2015年第24期，題為Synthesis of Layer-Tunable Graphene: A Joint Kinetic Implantation and Thermal Ejection Approach。
石墨烯以其優異的電性能、突出的導熱性能和優異的機械性能，被普遍認為是後矽CMOS時代最具競爭力的延續摩爾定律的電子材料，具有廣闊的應用前景。然而，必須根據特定的應用要求精確控製石墨烯層的數量。上海微係統研究所SOI材料研究組針對石墨烯層數控製問題，結合Ni和Cu在CVD法製備石墨烯中的特點，利用兩者溶解碳能力的差異材料設計Ni/Cu體係（即在25m厚的銅箔上通過電子束蒸發一層300nm的Ni，並利用半導體行業成熟的離子注入技術將碳離子注入到Ni中通過控製注入碳離子的劑量（即4E15 atms/cm2的劑量對應單層石墨烯，8E15atoms/cm2的劑量對應雙層石墨烯）。經過退火後，成功實現了單層和雙層石墨烯的製備。
與傳統CVD製備石墨烯工藝相比，離子注入技術具有低溫摻雜、能量和劑量精確控製、均勻性高等優點。離子注入法製備的單雙層石墨烯層數僅受碳注入劑量的影響。與氣體體積比、襯底厚度和生長溫度無關。此外，離子注入技術與現代半導體技術兼容，有助於實現石墨烯作為電子材料在半導體器件領域的真正應用。
該研究得到了國家自然科學基金委創新研究群體、傑出青年基金、中科院高流動材料創新研究團隊等相關研究項目的支持。
圖：先進功能材料封底（左）；研究論文的實驗過程以及所製備的單雙層石墨烯的各種性能表征（右）
