IBS의 Center for Multidimensional Carbon Materials(CMCM)의 같은 팀은 이전에 그래핀의 단결정 무층 필름을 보고했지만 성장 후 그래핀이 냉각됨에 따라 긴 주름에서 형성되는 긴 접힘(다이어그램 참조)을 항상 포함했습니다.
이러한 주름은 이후에 그래핀으로 만든 전계 효과 트랜지스터의 성능을 망치고 필름을 기계적으로 약화시킵니다.
당시 성장은 구리(Cu(1,320)) 호일에서 ~111K의 메탄을 사용하고 있었습니다.
상세한 연구는 1,020K 이상에서 냉각하는 동안 형성된 주름을 보여주었기 때문에 연구원들은 이보다 낮은 온도에서 그래핀을 성장시키기 시작했고 집에서 만든 합금 성장 표면과 다른 가스 혼합물을 사용하는 기술을 생각해냈습니다.
CMCM의 이사인 로드 루오프(Rod Ruoff)는 “이러한 돌파구는 인간의 독창성과 CMCM 연구원들이 대면적 단결정 Cu-Ni(111) 포일을 재현 가능하게 만드는 능력을 포함해 많은 기여 요인에 기인한다.
경성원 동료 연구원은 "이 접힘이 없는 그래핀 필름은 LEED(대면적 저에너지 전자 회절) 패턴에 대해 단일 배향을 나타내기 때문에 성장 기판 전체에 걸쳐 단결정으로 형성된다"고 말했다.
연구소에 따르면 그래핀과 관련하여 다양한 방향으로 거의 완벽한 그래핀에 패턴화된 그래핀 FET는 평균 실온 전자 및 정공 이동도가 7×10인 "매우 균일한 성능"을 보였습니다.3cm2/V/초.
울산과기원 연구원 윤칭 리(Yunqing Li)는 “이렇게 놀랍도록 균일한 성능은 접히지 않는 그래핀 필름이 본질적으로 결함이 없는 단결정이기 때문에 가능하다”고 말했다. Technology (UNIST), CMCM이 협력했습니다.
이 프로세스는 1,000~1,030K 및 규모에 걸쳐 작동합니다. IBS에서 제작한 40mm 석영 용광로에서 70개의 150 x XNUMXmm CuNi 호일 양쪽에서 동시에 성장한 거의 완벽한 그래핀을 사용합니다.
전기화학적 버블링 전사는 그래핀 층을 자유롭게 들어올려 호일을 재사용할 수 있도록 했습니다. 100번의 성장 주기 후에 호일에서 합금의 순손실은 XNUMXμg이었습니다.
단결정 플래토(plateau) 사이에서 '다발형 스텝 에지(bunched step edge)' 영역이 성장하고 이러한 영역이 박리되어 재료가 기판에서 떨어질 수 있음이 밝혀졌습니다. "우리는 Cu-Ni(111) 호일 표면의 스텝 번칭이 약 1,030K에서 갑자기 발생한다는 것을 발견했으며, 이러한 표면 재구성이 접힘 없는 그래핀의 임계 성장 온도가 ~1030K 이하인 이유입니다."라고 Ruoff가 말했습니다.
연구소는 거의 완벽한 그래핀이 그대로 사용되거나 다른 2D 재료와 적층되어 전자, 광자, 기계 및 열 장치에 대한 R&D에 사용될 것으로 기대합니다. 스태킹은 XNUMX분 이내에 그래핀을 CuNi 호일에서 다른 기판으로 옮길 수 있기 때문에 특히 편리합니다.
이 작품은 Nature에 게재되었습니다.