Pasukan yang sama, dari Pusat Bahan Karbon Multidimensi (CMCM) IBS, sebelum ini melaporkan filem graphene tanpa adlayer kristal tunggal, tetapi selalu mengandungi lipatan panjang (lihat rajah) yang terbentuk dari kerutan tinggi ketika graphene menyejuk setelah pertumbuhan.
Lipatan ini merosakkan prestasi transistor kesan medan yang kemudian dibuat dari graphene, dan juga melemahkan filem secara mekanikal.
Pada masa itu, pertumbuhan menggunakan metana pada ~ 1,320K pada foil tembaga (Cu (111)).
Kajian terperinci menunjukkan lipatan yang terbentuk semasa penyejukan pada atau di atas 1,020K, jadi para penyelidik berupaya menanam graphene di bawah ini, dan menghasilkan teknik menggunakan permukaan tumbuh aloi buatan sendiri dan campuran gas yang berbeza.
"Terobosan ini disebabkan oleh banyak faktor penyumbang, termasuk kecerdikan manusia dan kemampuan penyelidik CMCM untuk menghasilkan semula kerajang Cu-Ni (111) kawasan besar, di mana graphene ditanam oleh pemendapan wap kimia menggunakan campuran etilena dengan hidrogen dalam aliran gas argon, ”ungkap Rod Ruoff, pengarah CMCM.
"Filem graphene bebas lipatan ini terbentuk sebagai kristal tunggal di seluruh substrat pertumbuhan kerana menunjukkan orientasi tunggal terhadap corak LEED [difraksi elektron tenaga rendah kawasan besar]," kata rakan penyelidik Seong Won Kyung.
Graphene FET berpola pada graphene yang hampir sempurna, dalam pelbagai orientasi sehubungan dengan graphene, menunjukkan "prestasi yang sangat seragam", menurut Institut, dengan rata-rata pergerakan suhu elektron dan lubang 7 × 103cm2/ V / s.
"Prestasi yang sangat seragam seperti itu mungkin berlaku kerana filem graphene bebas lipatan adalah kristal tunggal yang pada asasnya tiada ketidaksempurnaan," kata Yunqing Li, seorang penyelidik dari Institut Sains Negara Ulsan dan Teknologi (UNIST), yang CMCM bekerja.
Proses ini berfungsi di antara 1,000 hingga 1,030K dan skala: dengan graphene hampir sempurna tumbuh serentak di kedua sisi lima foil CuNi 40 x 70mm dalam relau kuarza 150mm yang dibina oleh IBS.
Pemindahan gelembung elektrokimia mengangkat lapisan graphene bebas, membiarkan kerajang siap digunakan semula - setelah lima kitaran pertumbuhan, kehilangan bersih aloi dari kerajang adalah 100μg.
Telah terjadi bahawa kawasan 'pinggir tangga berkelompok' tumbuh di antara dataran tinggi kristal tunggal, dan kawasan-kawasan ini de-laminasi, yang memungkinkan bahan untuk naik dari substrat. "Kami mendapati bahawa tahap permukaan permukaan foil Cu-Ni (111) tiba-tiba berlaku sekitar 1,030K, dan pembinaan semula permukaan ini adalah sebab mengapa suhu pertumbuhan kritikal lipatan bebas lipatan berada pada ~ 1030 K atau di bawah," kata Ruoff.
Institut menjangkakan graphene yang hampir sempurna akan digunakan, sama ada atau ditumpuk dengan bahan 2D lain, dalam R&D ke arah alat elektronik, fotonik, mekanikal dan termal. Penumpukan sangat sesuai kerana graphene dapat dipindahkan dari kerajang CuNi ke substrat lain dalam masa kurang dari satu minit.
Karya ini telah diterbitkan di Nature.