Та же команда из Центра многомерных углеродных материалов (CMCM) IBS ранее сообщала о монокристаллических пленках графена без адсорбента, но они всегда содержали длинные складки (см. Диаграмму), которые образуются из высоких морщин, когда графен охлаждается после роста.
Эти складки портят работу полевых транзисторов, впоследствии сделанных из графена, а также механически ослабляют пленку.
В то время для роста использовался метан при температуре ~ 1,320 К на медной (Cu (111)) фольге.
Детальное исследование показало складки, образовавшиеся при охлаждении до 1,020K или выше, поэтому исследователи намеревались выращивать графен ниже этого уровня и придумали методику с использованием самодельной поверхности для выращивания сплава и другой газовой смеси.
«Этот прорыв был обусловлен многими факторами, включая человеческую изобретательность и способность исследователей CMCM воспроизводимо создавать монокристаллическую фольгу Cu-Ni (111) большой площади, на которой графен был выращен методом химического осаждения из паровой фазы с использованием смеси этилен с водородом в потоке газообразного аргона », - рассказал Род Руофф, директор CMCM.
«Эта пленка графена без складок формируется в виде монокристалла на всей ростовой подложке, потому что она демонстрирует единую ориентацию по диаграммам LEED (дифракции низкоэнергетических электронов на большой площади)», - сказал коллега-исследователь Сон Вон Кён.
Графеновые полевые транзисторы, расположенные на почти идеальном графене в различных ориентациях по отношению к графену, показали «удивительно однородные характеристики», согласно Институту, со средней подвижностью электронов и дырок при комнатной температуре 7 × 103cm2/Против.
«Такая удивительно однородная работа возможна потому, что графеновая пленка без складок представляет собой монокристалл, практически не имеющий дефектов», — сказал Юньцин Ли, исследователь из Ульсанского национального института науки и технологий. Технологии (UNIST), с которым работал CMCM.
Процесс работает в диапазоне от 1,000 до 1,030 К и масштабируется: с почти идеальным графеном, выращенным одновременно с обеих сторон пяти фольг CuNi размером 40 x 70 мм в кварцевой печи 150 мм, созданной IBS.
Электрохимический перенос пузырьков поднял слои графена, оставив фольгу готовой к повторному использованию - после пяти циклов выращивания чистые потери сплава из фольги составили 100 мкг.
Оказалось, что между плато монокристалла растут области «сгруппированного края ступеньки», и эти области расслаиваются, позволяя материалу подниматься с подложки. «Мы обнаружили, что ступенчатая группировка поверхности фольги Cu-Ni (111) внезапно происходит при температуре около 1,030 К, и эта реконструкция поверхности является причиной того, почему критическая температура роста графена без складок составляет около 1030 К или ниже», - сказал Руофф.
Институт ожидает, что почти идеальный графен будет использоваться в том виде, в котором он есть, или в сочетании с другими 2D-материалами, в исследованиях и разработках в области электронных, фотонных, механических и тепловых устройств. Укладка особенно удобна, поскольку графен может быть перенесен с фольги CuNi на другую подложку менее чем за минуту.
Работа опубликована в журнале Nature.