晶體生長是集成化固態器件技術的核心，而2D層狀材料（如石墨烯）的興起推動了對這種獨特類型器件材料晶圓級規模和原子薄單晶的需求，以實現與CMOS工藝兼容。
有鑑於此，近日，英國劍橋大學Stephan Hofmann和Oliver J. Burton（共同通訊作者）等合作報導了一種使用標準的冷壁化學氣相沉積（CVD）反應器將單晶金屬催化劑的製備方法與石墨烯生長方法組合在一起的工藝流程。在商業化的多晶Cu箔和c面藍寶石晶圓之間採用三明治結構，並顯示出在有限的間隙中近距離的真空升華可以得到高生長速率的Cu（111）外延單晶薄膜。這種布置可實現晶圓級規模製備，並抑制了反應器被Cu汙染。通過飛行時間二次離子質譜測量，新製備的Cu薄膜具有高純度。通過引入氫氣和氣態碳前驅體，將初始金屬化與隨後的石墨烯生長無縫連接，從而消除了由於襯底轉移和常見的冗長催化劑預處理造成的汙染。夾層方法還可以在石墨烯生長過程中獲得具有納米級粗糙度的Cu表面，從而產生高質量石墨烯。本文系統地探索了參數空間並討論機會，包括隨後的幹法轉移，通用性以及該方法的多功能性，特別是在以經濟高效的方式製備不同的單晶薄膜取向並將其擴展到其他材料系統方面。
圖1. CVD反應器裝置和不同階段生長過程的示意圖。
圖2. 在藍寶石晶圓襯底上沉積的約10 μm厚Cu薄膜的EBSD，XRD和AFM表徵。
圖3. Cu薄膜的結構演變。
圖4. ToF-SIMS體積離子氧和碳計數的比較。
圖5. 石墨烯生長前後，Cu薄膜和Cu箔的比較。
圖6. 在1×1 cm2單晶Cu薄膜上生長的石墨烯取向和轉移質量的表徵。
文獻信息：
Integrated Wafer Scale Growth of Single Crystal Metal Films and High Quality Graphene
(ACS Nano, 2020, DOI:10.1021/acsnano.0c05685)
文獻連結：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05685
文章來源：低維 昂維
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