IBSの多次元炭素材料センター（CMCM）の同じチームは、以前にグラフェンの単結晶無層膜を報告していましたが、成長後にグラフェンが冷却されると、高いしわから形成される長い折り目（図を参照）が常に含まれていました。
これらの折り目は、その後グラフェンから作られた電界効果トランジスタの性能を損ない、また膜を機械的に弱めます。
当時、成長は銅（Cu（1,320））箔上で約111Kのメタンを使用していました。
詳細な研究では、1,020K以上の冷却中に折り目が形成されることが示されたため、研究者はこの下でグラフェンを成長させることに着手し、自家製の合金成長表面と異なるガス混合物を使用する手法を考案しました。
「このブレークスルーは、人間の創意工夫や、CMCM研究者が大面積の単結晶Cu-Ni（111）箔を再現性よく製造する能力など、多くの要因によるものでした。この箔上に、グラフェンは、アルゴンガスの流れの中で水素を含むエチレン」とCMCMのディレクターであるRodRuoffは明らかにしました。
「この折り畳みのないグラフェン膜は、LEED [大面積低エネルギー電子回折]パターン上で単一の配向を示すため、成長基板全体で単結晶として形成されます」と、研究員のソンウォンギョンは述べています。
研究所によると、ほぼ完全なグラフェン上にグラフェンに対してさまざまな方向でパターン化されたグラフェンFETは、「非常に均一な性能」を示し、平均室温の電子および正孔の移動度は7×10でした。3cm2/ V / s。
「このような驚くほど均一な性能が可能になるのは、フォールドフリーのグラフェンフィルムが本質的に欠陥のない単結晶であるためです」と蔚山国立科学院の研究者、Yunqing Li氏は述べた。 テクノロジー (UNIST)、CMCM と連携して動作しました。
このプロセスは、1,000〜1,030Kの規模で機能し、IBSで構築された40mm石英炉内の70つの150 x XNUMXmmCuNiフォイルの両側でほぼ完全なグラフェンを同時に成長させます。
電気化学的バブリング転写によりグラフェン層が自由に持ち上げられ、フォイルは再利用できる状態になりました。100回の成長サイクルの後、フォイルからの合金の正味の損失はXNUMXμgでした。
「束ねられたステップエッジ」領域が単結晶プラトー間で成長し、これらの領域が層間剥離し、材料が基板から上昇することを可能にすることが明らかになった。 「Cu-Ni（111）箔表面のステップバンチングが約1,030Kで突然発生することを発見しました。この表面再構成が、フォールドフリーグラフェンの臨界成長温度が約1030K以下である理由です。」ルオフは言った。
研究所は、電子、フォトニック、機械、および熱デバイスの研究開発において、ほぼ完全なグラフェンがそのまま使用されるか、他の2D材料と積み重ねられることを期待しています。 グラフェンはXNUMX分以内にCuNiフォイルから別の基板に転写できるため、スタッキングは特に便利です。
作品はNatureに掲載されました。