中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室研究人員利用原子力針尖誘導(dǎo)的局域催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了在單層氧化石墨烯上直接繪制納米晶體管器件。日前，該成果在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

單層氧化石墨烯樣品

單層石墨烯是只有一個單原子層厚度的石墨，它比目前常用的金屬導(dǎo)體具有更好的導(dǎo)電性、散熱性，同時也是迄今為止世界上最輕薄、強(qiáng)度最大的材料，有望在微電子領(lǐng)域替代硅成為制造超精細(xì)晶體管的理想材料。如何在單層石墨烯上直接裁剪或制備出各種納米線路，是實(shí)現(xiàn)人們夢想的以碳為主要材料的集成電路的前提，也被認(rèn)為是石墨烯研究領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的方向之一。

針對上述挑戰(zhàn)，合肥微尺度國家實(shí)驗(yàn)室分子尺度量子調(diào)控研究團(tuán)隊(duì)的王曉平教授研究組和羅毅教授研究組緊密合作，在絕緣的氧化石墨烯上通過局域的還原反應(yīng)，直接制備導(dǎo)電的納米線路并構(gòu)筑成晶體管及互聯(lián)電路。研究人員利用表面鍍鉑的原子力針尖的局域催化作用，在氫氣環(huán)境下，將氧化石墨烯加熱到100攝氏度左右，制備出最小寬度僅20納米的還原石墨烯條帶，其電導(dǎo)率超過104西門子/米，比氧化石墨烯提高了100萬倍。通過理論計算，他們揭示了這種局域還原反應(yīng)的微觀機(jī)理。利用此方法，他們還成功演示了納米互聯(lián)電路和場效應(yīng)晶體管器件，其性能明顯優(yōu)于目前常用的導(dǎo)電聚合物和非晶硅場效應(yīng)管器件。

專家指出，該技術(shù)可以用來直接繪制納米電路，電路的線條寬度可控、制備條件要求低，并可與現(xiàn)有的微電子加工技術(shù)無縫兼容，有望推動石墨烯納米器件、電路與集成的最終實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。