金属诱导的金刚石向单层或多层石墨烯的快速大面积转变

石墨烯器件加工中，石墨烯薄膜到支撑衬底的转移过程，大大降低了其本征性能，是石墨烯器件走向应用面临的挑战。因此，介质绝缘衬底上石墨烯的直接生长，是科研与产业界亟待解决的问题。前期工作中通过金属诱导金刚石，SiC向石墨烯转变的研究还面临金属污染与制备面积两大难题。

最近，美国加州大学河滨分校的Diana Berman等，以Ni薄膜为催化剂，通过快速热退火处理，发现大部分Ni快速的通过多晶纳米金刚石的颗粒边界向纳米多晶金刚石内部扩散，只有小部分以纳米岛停留在表面，作为石墨烯的成核中心并最终也扩散到纳米多晶金刚石的下端面，从而完全避免了金属掺杂对石墨烯质量的影响。Ni向金刚石里的扩散导致了金刚石的非晶化，致使C在Ni膜中向表面扩散，并最终在金属表面聚集，形成单层或多层石墨烯。通过退火温度的调制，可在4英寸的大面积上，800 °C退火获得单层石墨烯，提高温度可获得多层石墨烯。此外，可以在孔洞区域形成自支撑的石墨烯。通过这一方法制备的石墨烯，其均方根表面平整度为0.8 nm，常温下的电子迁移率为2,000 cm²V^-1 s^-1，载流子浓度密度为3.5 1012 cm^-2。这一结果发表在Nat. Comm. 7:12099 (2016) 上。

图1：Ni（111）诱导的石墨烯生长示意图。

图2：自支撑石墨烯及其生长机理图示。