麻省理工學院發現製備晶圓級單疇石墨烯的新方法
從電子傳輸的角度來看，石墨烯是一種性能優異、令人興奮的新型二維材料。這些年，科學家已經觀察到電子在石墨烯中的傳送速率能夠接近光速，這完勝單晶矽和其他半導體材料。
因此，石墨烯一直被科學界認為是矽材料的繼承者，將會徹底改變半導體產業，使用石墨烯能夠製造出更快、更高效的光電子器件。
然而，要製備完美的單層石墨烯——規則、平坦、超薄——是極其困難的，這在很大程度上限制了石墨烯的使用範圍。
褶皺，這就造成了石墨烯的表面不平整，阻礙了電子的傳輸，極大地限制了石墨烯的電學性能。
現在，麻省理工學院的工程師們已經找到了一種新方法，不僅能夠使石墨烯的褶皺更少，還能消除已經產生的褶皺，使其進一步平整化。他們對用他們方法製備的石墨烯進行了測試，結果表明，他們的石墨烯整體性能均勻，電子在各個區域（包括先前是褶皺，
他們的論文發表在了最近一期的《PNAS》上，研究人員表示他們的技術能夠生產原子排列規則、電學性能均勻、近乎完美的晶圓級“單疇”（single-domain）石墨烯。
注：“單疇”一詞通常磁性材料中，當磁性材料的尺度小於臨界值時，原有的磁疇結構消失，材料內部磁矩只沿某一方向平行排列的磁狀態。此處用“單疇”形容石墨烯，意為排列規則，
麻省理工學院機械工程系與材料科學與工程系的助理教授Jeehwan Kim說：“石墨烯要想成為工業領域內的主要半導體材料，它必須是單疇的、性能均勻的。現在，我們已經能夠生產出真正的晶圓級單疇石墨烯。”
製備石墨烯的最常用的方法是化學氣相沉積（CVD）：首先，
從整個製備的過程我們不難看出，銅襯底本身的粗糙度和從酸中提取石墨烯的過程都會對石墨烯品質產生很大影響，通常會使石墨烯產生大範圍的、宏觀的褶皺。這樣的石墨烯就不均勻，原子排列也不規則，
在2013年，Kim在IBM工作時，他就和同事提出了一種製備單層石墨烯晶圓的方法，這種方法能夠使石墨烯上的碳原子成鍵取向完全一致。
該團隊使用的不是CVD，而是依靠原子表面光滑的碳化矽晶片。他們的方法也會產生微小的、類似階梯狀的微小褶皺，但是這種褶皺的尺寸大約處於埃（十億分之一米）量級，是可以被消除的。最後他們使用鎳薄片將碳化矽晶圓的最頂層的石墨烯剝離出來，這個過程稱為“層析石墨烯轉移”（layer-resolved graphene transfer）。
Kim及其同事發現，層析石墨烯轉移過程可以消除由碳化矽製備石墨烯過程中所產生的襯底臺階和微小的褶皺。
具體方法是，在將單層石墨烯轉移到矽晶圓之前，先將矽晶圓氧化，使其變成二氧化矽。然後，當研究人員沉積石墨烯時，二氧化矽能有效地將石墨烯中的碳原子拉深到其晶圓表面，這就消除了最初製備石墨烯所產生的襯底臺階和褶皺。
Kim表示，這種變薄拉深方法（ironing method）對由CVD製備的石墨烯不起作用，因為CVD產生的皺紋要大得多，幾微米左右；但用他們的方法製備石墨烯，褶皺只有幾納米，可以將其平整化。
為了測試該平整化的單晶石墨烯晶片是否是單疇的，研究人員在此晶片的多個位置（包括先前的褶皺區域）製造了微小的電晶體。
Kim說：“我們測量了整個晶圓的電子遷移率，它們的性能也相當。而且，這種石墨烯中的電子遷移率快了兩倍，所以現在我們確實製備出了單疇石墨烯，其電學性能比附著石墨烯的碳化矽要高得多。”
儘管石墨烯要真正地大規模用於電子行業還面臨著巨大挑戰，但是 Kim 表示，，他們的研究成果已經為研究人員製備高純、單疇、無褶皺的石墨烯繪製了藍圖。
“如果你要想使用石墨烯的電子產品，那麼就需要製備出單疇石墨烯。要製造出具有實際操作功能的石墨烯電晶體還有很長一段路要走，但現在我們已經提供了一種製備單晶（高純）、單疇的石墨烯方法。”
是可以被消除的。最後他們使用鎳薄片將碳化矽晶圓的最頂層的石墨烯剝離出來，這個過程稱為“層析石墨烯轉移”（layer-resolved graphene transfer）。Kim及其同事發現，層析石墨烯轉移過程可以消除由碳化矽製備石墨烯過程中所產生的襯底臺階和微小的褶皺。
具體方法是，在將單層石墨烯轉移到矽晶圓之前，先將矽晶圓氧化，使其變成二氧化矽。然後，當研究人員沉積石墨烯時，二氧化矽能有效地將石墨烯中的碳原子拉深到其晶圓表面，這就消除了最初製備石墨烯所產生的襯底臺階和褶皺。
Kim表示，這種變薄拉深方法（ironing method）對由CVD製備的石墨烯不起作用，因為CVD產生的皺紋要大得多，幾微米左右；但用他們的方法製備石墨烯，褶皺只有幾納米，可以將其平整化。
為了測試該平整化的單晶石墨烯晶片是否是單疇的，研究人員在此晶片的多個位置（包括先前的褶皺區域）製造了微小的電晶體。
Kim說：“我們測量了整個晶圓的電子遷移率，它們的性能也相當。而且，這種石墨烯中的電子遷移率快了兩倍，所以現在我們確實製備出了單疇石墨烯，其電學性能比附著石墨烯的碳化矽要高得多。”
儘管石墨烯要真正地大規模用於電子行業還面臨著巨大挑戰，但是 Kim 表示，，他們的研究成果已經為研究人員製備高純、單疇、無褶皺的石墨烯繪製了藍圖。
“如果你要想使用石墨烯的電子產品，那麼就需要製備出單疇石墨烯。要製造出具有實際操作功能的石墨烯電晶體還有很長一段路要走，但現在我們已經提供了一種製備單晶（高純）、單疇的石墨烯方法。”