El mismo equipo, del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM) de IBS, había informado previamente películas de grafeno sin capa de un solo cristal, pero siempre contenían pliegues largos (ver diagrama) que se forman a partir de arrugas altas a medida que el grafeno se enfría después del crecimiento.
Estos pliegues estropean el rendimiento de los transistores de efecto de campo fabricados posteriormente con grafeno y también debilitan la película mecánicamente.
En ese momento, el crecimiento estaba utilizando metano a ~ 1,320 K en láminas de cobre (Cu (111)).
Un estudio detallado mostró que los pliegues se formaron durante el enfriamiento a 1,020 K o más, por lo que los investigadores se propusieron cultivar grafeno por debajo de esto y desarrollaron una técnica que utiliza una superficie de crecimiento de aleación hecha en casa y una mezcla de gas diferente.
“Este avance se debió a muchos factores que contribuyeron, incluido el ingenio humano y la capacidad de los investigadores de CMCM para hacer de forma reproducible láminas de Cu-Ni (111) monocristalinas de gran superficie, en las que se cultivó el grafeno mediante deposición química de vapor utilizando una mezcla de etileno con hidrógeno en una corriente de gas argón ”, reveló Rod Ruoff, director de CMCM.
“Esta película de grafeno sin pliegues se forma como un solo cristal sobre todo el sustrato de crecimiento porque muestra una sola orientación sobre los patrones LEED [difracción de electrones de baja energía de área grande]”, dijo el investigador Seong Won Kyung.
Los FET de grafeno modelados en el grafeno casi perfecto, en una variedad de orientaciones con respecto al grafeno, mostraron un "rendimiento notablemente uniforme", según el Instituto, con una movilidad promedio de electrones y huecos a temperatura ambiente de 7 × 103cm2/ V / s.
"Un rendimiento tan notablemente uniforme es posible porque la película de grafeno sin pliegues es un monocristal esencialmente sin imperfecciones", dijo Yunqing Li, investigador del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan. Tecnología (UNIST), con el que CMCM trabajó.
El proceso funciona a través de 1,000 a 1,030K y escalas: con grafeno casi perfecto cultivado simultáneamente en ambos lados de cinco láminas de CuNi de 40 x 70 mm en un horno de cuarzo de 150 mm construido por IBS.
La transferencia de burbujeo electroquímico liberó las capas de grafeno, dejando las láminas listas para su reutilización; después de cinco ciclos de crecimiento, la pérdida neta de aleación de las láminas fue de 100 μg.
Trascendió que las regiones de 'borde de escalón agrupadas' crecen entre mesetas de monocristal, y estas regiones se deslaminan, lo que permite que el material se despegue del sustrato. "Descubrimos que el agrupamiento escalonado de una superficie de lámina de Cu-Ni (111) se produce repentinamente a aproximadamente 1,030 K, y esta reconstrucción de la superficie es la razón por la que la temperatura de crecimiento crítica del grafeno sin pliegues es de ~ 1030 K o menos". dijo Ruoff.
El Instituto espera que el grafeno casi perfecto se utilice, tal como está o apilado con otros materiales 2D, en I + D hacia dispositivos electrónicos, fotónicos, mecánicos y térmicos. El apilamiento es particularmente conveniente ya que el grafeno se puede transferir de la lámina de CuNi a otro sustrato en menos de un minuto.
El trabajo ha sido publicado en Nature.