Nanotechnology Now – Comunicado de prensa: Los cristales de grafeno crecen mejor bajo la cubierta de cobre

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Una representación esquemática de las capas de grafeno monocristalino que crecen sobre un sustrato aislante.  El método podría mejorar los dispositivos basados ​​en nanomateriales de próxima generación.  © Naturaleza Springer;  Reproducido con permiso de Junzhu Li et al.  (2022).
Una representación esquemática de las capas de grafeno monocristalino que crecen sobre un sustrato aislante. El método podría mejorar los dispositivos basados ​​en nanomateriales de próxima generación. © Naturaleza Springer; Reproducido con permiso de Junzhu Li et al. (2022).

Resumen:
Un enfoque que fabrica capas de grafeno de un solo cristal en soportes aislantes eléctricos de gran superficie podría ayudar en el desarrollo de dispositivos basados ​​en nanomateriales de próxima generación, como B. pantallas táctiles muy livianas y delgadas, dispositivos electrónicos portátiles y celdas solares.

Los cristales de grafeno crecen mejor bajo una cubierta de cobre

Thuwal, Arabia Saudita | Publicado el 01/04/2022

La mayoría de los dispositivos electrónicos basados ​​en grafeno requieren soportes aislantes. No obstante, las películas de grafeno de alta calidad destinadas a uso industrial generalmente se cultivan en un sustrato metálico, como una lámina de cobre, antes de transferirse a un soporte aislante para la fabricación del dispositivo. Este paso de transferencia puede introducir impurezas que afectan el rendimiento del dispositivo. Los esfuerzos para cultivar grafeno en soportes aislantes no han logrado producir los monocristales de alta calidad requeridos.

«Si el grafeno se puede cultivar en un sustrato aislante con una interfaz limpia, ciertos dispositivos podrían funcionar mejor», dice Ph.D. El estudiante Bo Tian, ​​quien codirigió el estudio bajo la supervisión de Xixiang Zhang. «Esto también abre la puerta a nuevos tipos de nanodispositivos basados ​​en grafeno», explica.

Zhang, Tian y colaboradores de Asia y Europa optimizaron el método de deposición química de vapor, que se basa en la descomposición del metano en precursores de carbono catalizada por cobre, para producir monocapas de grafeno monocristalino uniformes en sustratos monocristalinos a escala de obleas llamados c-plane. zafiro.

Los investigadores convirtieron láminas de cobre policristalino en su contraparte monocristalina Cu(111) en la superficie de zafiro e introdujeron átomos de carbono activo de la descomposición de metano catalizada por sustrato metálico en la película resultante. Los átomos de carbono se difundieron a través de la película metálica hasta la interfaz de cobre-zafiro, que sirvió como plantilla, y formaron islas de grafeno bien orientadas, que se fusionaron en una hoja después de varios ciclos de crecimiento.

Además de las interacciones superficiales débiles, la película de cobre y el zafiro exhibieron una simetría de red cristalina similar al grafeno, dice Tian, ​​lo que explica la alta cristalinidad de la monocapa de grafeno.

Los investigadores utilizaron un plasma de hidrógeno y argón para eliminar cualquier grafeno que se hubiera acumulado en la parte superior de la película de cobre para facilitar la difusión del carbono. Sumergieron las muestras en nitrógeno líquido antes de calentarlas rápidamente a 500 grados centígrados, lo que permitió que la película de cobre se despegara fácilmente y dejara intacta la monocapa de grafeno.

Los transistores de efecto de campo fabricados en la monocapa de grafeno monocristalino cultivado en zafiro mostraron un rendimiento excelente en movilidades de portadores más altas. El rendimiento electrónico superior del grafeno cultivado en zafiro resulta de su mayor cristalinidad y menos arrugas en la superficie, explica Tian.

«Nuestro equipo ahora está tratando de hacer crecer otros materiales bidimensionales en el grafeno soportado por el aislador para construir heteroestructuras funcionalizadas a gran escala», dice Tian. Se espera que estas heteroestructuras unidas por interacciones de van der Waals sean útiles en futuros nanodispositivos.

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