北京大学刘忠范院士团队最新AM！突破晶圆级石墨烯无裂纹转移

第一作者：Mingpeng Shang

通讯作者：刘忠范，林立

通讯单位：北京大学

论文速览

针对石墨烯转移过程中存在的问题，如转移介质去除时可能导致的石墨烯表面污染、裂纹产生以及对空气中污染物的敏感性，本研究提出了一种新的解决方案。研究团队发现聚丙烯腈（PAN）可以作为一种聚合物介质，用于晶圆级石墨烯的转移，并作为封装层提供高性能的石墨烯器件。

值得注意的是，与传统的聚合物转移介质不同，PAN在后续应用中不需要被移除。本研究实现了将4英寸石墨烯无裂纹地转移到SiO2/Si晶片上，并制造了基于石墨烯的场效应晶体管（FET）阵列，这些阵列在室温下展现出无明显掺杂、高载流子迁移率（约11,000 cm² V⁻¹ s⁻¹）和长期稳定性。

图文导读

图1：PAN辅助的晶圆级石墨烯转移过程。

图2：拉曼光谱分析了不同聚合物（PAN、PMMA、PC、PI）作为封装层时石墨烯的掺杂水平。

图3：PAN覆盖的石墨烯在空气中暴露一周后的长期稳定性研究

图4：PAN层的简便移除过程。

总结展望

本研究的亮点在于使用PAN作为石墨烯的转移介质和封装层，实现了晶圆级石墨烯的无裂纹转移，并显著提升了石墨烯器件的电子性能和长期稳定性。通过PAN辅助的转移过程，制造出的石墨烯基FET阵列展现出了高载流子迁移率和优秀的均匀性，满足了石墨烯电子学和光子学应用的基本要求。

此外，PAN层的有效封装为石墨烯器件提供了在空气中污染物下的长期保护。研究还展示了PAN层的简便移除方法，为石墨烯在传感器和微电子机械系统等应用中提供了可能。这项工作不仅为二维材料的转移过程设计提供了新概念，也为制造高性能二维材料器件提供了可靠的方法。

文献信息

标题：Polyacrylonitrile as an efficient transfer medium for wafer-scale transfer of graphene

期刊：Advanced MaterialsDOI：10.1002/adma.202402000