新技术将石墨烯，氧化石墨烯和氧化石墨烯还原到室温下的硅芯片

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杰伊·纳拉扬（Jay Narayan） j_narayan@ncsu.edu 919.515.7874

马特·希普曼（Matt Shipman） matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

Materials researchers at North Carolina State University have developed a technique that allows them to integrate graphene, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) onto silicon substrates at room temperature by using nanosecond pulsed laser annealing. The advance raises the possibility of creating new electronic devices, and the researchers are already planning to use the technique to create smart biomedical sensors.

在新技术中，研究人员从硅底物开始。他们最重要的是，使用一层单晶硝酸钛，使用域匹配的外观匹配，以确保硝酸钛的结构结构与硅结构对齐。然后，研究人员再次使用域匹配的外观匹配，将一层铜碳（CU-2.0Atomic c）合金放在硝酸钛的顶部。最后，研究人员用纳秒激光脉冲将合金的表面融化，从而将碳拉到表面。

如果该过程是在真空中完成的，则碳在表面形成石墨烯。如果用氧气完成，则形成了；如果在潮湿的气氛中进行，然后是真空，它形成为RGO。在所有三种情况下，碳的晶体结构都与下面的铜碳合金对齐。

“We can control whether the carbon forms one or two monolayers on the surface of the material by manipulating the intensity of the laser and the depth of the melting,” says Jay Narayan, the John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering at NC State and senior author of a paper describing the work.

纳拉扬说：“这个过程很容易扩展。”“我们制作了两英寸正方形的晶圆，可以使用较高赫兹的激光器轻松使它们更大。这一切都是在室温下完成的，这降低了成本。”

石墨烯是出色的导体，但不能用作半导体。但是，RGO是一种半导体材料，可用于制造电子设备，例如集成的智能传感器和光学电子设备。

“We have already patented the technique and are planning to use it to develop smart biomedical sensors integrated with computer chips,” Narayan says.

纸，“圆片规模集成of Reduced Graphene Oxide by Novel Laser Processing at Room Temperature in Air，，，，” was published Sept. 9 in the应用物理学杂志。Lead author of the paper is Anagh Bhaumik, a Ph.D. student at NC State. The work was supported by the National Science Foundation under grant number ECCS-1306400.

- 船员 -

给编辑的注释：研究摘要如下。

“通过在室温下在空气中的新型激光处理减少氧化石墨烯的晶圆量表整合”

作者：北卡罗来纳州立大学的Anagh Bhaumik和Jagdish Narayan

出版: Sept. 9,应用物理学杂志

doi: 10.1063/1.4962210

抽象的：还原石墨烯（RGO）的物理特性在很大程度上取决于sp²至sp³杂交碳原子，不同官能团的存在以及底物的特征。这项研究首次说明了2D RGO与CU/TIN/SI的成功晶片量表，并采用了脉冲激光沉积，然后使用纳米秒的Excimer激光器对碳掺杂的铜层进行激光退火。XRD，SEM和拉曼光谱测量表明，大面积RGO在具有拉曼主动振动模式的Si上：d，，，，G， 和2d。高分辨率SEM描述了纳秒激光退火后形成的区域精制碳的形态和形成。RGO薄膜的温度依赖性电阻数据遵循低温区域中的Efros-Shklovskii变量范围跳跃（VRH）模型，并在高温方向上进行了Arrhenius传导。光致发光光谱还显示出较少且较宽的蓝色荧光光谱，表明存在微型大小sp²有利于VRH转运现象的π电子状态附近的域。RGO与SI使用激光退火技术的这种晶圆量表集成将对多功能集成电子设备有用，并将为这些功能化的2D材料开放一个新的边界，以进一步进行广泛的研究。