近期，中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在層數可控石墨烯薄膜制備方面取得新進展。課題組設計了Ni/Cu體系，并利用離子注入技術引入碳源，通過精確控制注入碳的劑量，成功實現了對石墨烯層數的調控。相關研究成果以Synthesis of Layer-Tunable Graphene：A Combined Kinetic Implantation and Thermal Ejection Approach 為題作為背封面（Back Cover)文章發表在Advanced Functional Materials 2015年第24期上。

石墨烯以其優異的電學性能、出眾的熱導率以及卓越的力學性能等被人們普遍認為是后硅CMOS時代延續摩爾定律的最有競爭力的電子材料，擁有廣闊的應用前景。然而，針對特殊的應用需求必須對石墨烯的層數進行精確控制。上海微系統所SOI材料課題組圍繞石墨烯層數控制問題，結合Ni和Cu在CVD法中制備石墨烯的特點，利用兩種材料對碳溶解能力的不同，設計了Ni/Cu體系（即在25 μm厚的Cu箔上電子束蒸發一層300 nm的Ni )，并利用半導體產業中成熟的離子注入技術將碳離子注入到Ni/Cu體系中的Ni層中，通過控制注入碳離子的劑量（即4E15 atoms/cm²劑量對應單層石墨烯，8E15 atoms/cm²劑量對應雙層石墨烯)，經退火后成功實現了單、雙層石墨烯的制備。

與傳統的CVD制備石墨烯工藝相比，離子注入技術具有低溫摻雜、精確的能量和劑量控制和高均勻性等優點，采用離子注入法制備石墨烯單雙層數僅受碳注入劑量的影響，與氣體的體積比、襯底厚度以及生長溫度無關。此外，離子注入技術與現代半導體技術相兼容，有助于實現石墨烯作為電子材料在半導體器件領域真正的應用。

該研究得到了國家自然科學基金委創新研究群體、優秀青年基金、中國科學院高遷移率材料創新研究團隊等相關研究計劃的支持。

圖：Advanced Functional Materials 背封面(左)；研究論文的實驗過程及制備的單、雙層石墨烯的各項性能表征(右)

來源：上海微系統與信息技術研究所