中国第一个实现单层氧化石墨烯直接绘制纳米器件

近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室的研究人员利用原子力针尖诱导的局域催化还原反应，实现了在单层氧化石墨烯上直接绘制纳米晶体管器件。相关研究成果日前在线发表于国际学术期刊《自然—通讯》。

单层石墨烯是只有一个单原子层厚度的石墨，它比目前常用的金属导体具有更好的导电性、散热性，同时也是迄今为止世界上最薄、最轻、强度最大的材料，有望在微电子领域替代硅，成为制造超精细晶体管的理想材料。而如何在单层石墨烯上直接裁剪或制备出各种纳米线路，被认为是石墨烯研究领域最具挑战的方向之一。

为此，该实验室分子尺度量子调控研究团队的王晓平教授研究组和罗毅教授研究组紧密合作，提出一种新的设计思想，即在绝缘的氧化石墨烯上通过局域的还原反应，直接制备导电的纳米线路并构筑成晶体管及互联电路。博士生张琨等人利用表面镀铂的原子力针尖的局域催化作用，在氢气的环境下，将氧化石墨烯加热到摄氏100度左右，制备出最小宽度仅20纳米的还原石墨烯条带，其电导率超过104每米西门子，比氧化石墨烯提高了100万倍。

通过理论计算，他们揭示了这种局域还原反应的微观机理。利用此方法，他们还成功演示了纳米互联电路和场效应晶体管器件，其晶体管的性能明显优于目前常用的导电聚合物和非晶硅场效应管器件。

张琨表示，该技术可以用来直接绘制纳米电路，电路的线条宽度可控、制备条件要求低，并可与现有的微电子加工技术无缝兼容，有望推动石墨烯纳米器件、电路与集成的最终实现和应用。近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室的研究人员利用原子力针尖诱导的局域催化还原反应，实现了在单层氧化石墨烯上直接绘制纳米晶体管器件。相关研究成果日前在线发表于国际学术期刊《自然—通讯》。

单层石墨烯是只有一个单原子层厚度的石墨，它比目前常用的金属导体具有更好的导电性、散热性，同时也是迄今为止世界上最薄、最轻、强度最大的材料，有望在微电子领域替代硅，成为制造超精细晶体管的理想材料。而如何在单层石墨烯上直接裁剪或制备出各种纳米线路，被认为是石墨烯研究领域最具挑战的方向之一。

为此，该实验室分子尺度量子调控研究团队的王晓平教授研究组和罗毅教授研究组紧密合作，提出一种新的设计思想，即在绝缘的氧化石墨烯上通过局域的还原反应，直接制备导电的纳米线路并构筑成晶体管及互联电路。博士生张琨等人利用表面镀铂的原子力针尖的局域催化作用，在氢气的环境下，将氧化石墨烯加热到摄氏100度左右，制备出最小宽度仅20纳米的还原石墨烯条带，其电导率超过104每米西门子，比氧化石墨烯提高了100万倍。

通过理论计算，他们揭示了这种局域还原反应的微观机理。利用此方法，他们还成功演示了纳米互联电路和场效应晶体管器件，其晶体管的性能明显优于目前常用的导电聚合物和非晶硅场效应管器件。

张琨表示，该技术可以用来直接绘制纳米电路，电路的线条宽度可控、制备条件要求低，并可与现有的微电子加工技术无缝兼容，有望推动石墨烯纳米器件、电路与集成的最终实现和应用。