张增星课题组在石墨烯的无催化剂制备与器件应用方面取得系列进展

近年来，石墨烯由于具有优异的物理性能和广泛的潜在应用一直是多个学科研究的前沿领域。实现石墨烯应用的一个关键问题是发展合适的石墨烯制备技术。目前☝🏿，在国家自然科学基金与上海市“浦江人才”计划的支持下，张增星课题组就此问题进行了积极的探索😕，取得了一系列研究成果，相关结果发表在Chemical Communications和Advanced Functional Materials（2篇）上👫，并获得国家发明专利授权1项😝。 

目前石墨烯的主要制备技术是利用化学气相沉积法在金属基底上制备𓀌，在进一步研究和应用中需要把石墨烯从金属基底上剥离下来💆🏽，然后再转移到所需要的基底上，这个转移过程比较复杂繁琐，往往会造成样品的破坏（如褶皱🖕🏼，破裂）🧝‍♀️🧑🏽‍🔬、成本提高和环境污染⏫。近来📌🙍🏿‍♂️，通过和中科院物理研究所葛炳辉研究员，湖南师范大学唐东升教授合作，该课题组发展了一种在不需要催化剂的情况下👩‍🦰，利用光刻胶作为原料👩🏿‍🎨🗯，在基底上直接制备出大面积的石墨烯。研究结果表明所制备石墨烯的厚度和光刻胶薄膜厚度紧密相关。利用这种方法🫥，通过控制光刻胶薄膜的厚度和图案，可以方便的制备出所需的石墨烯/石墨图案，并进而发展了一种无金属的石墨烯/石墨场效应晶体管👨‍👦‍👦。相关结果发表在Chemical Communications（http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2013/cc/c3cc00089c）上。

进一步的，通过和中科院物理研究所解思深院士合作🧟，利用这种方法，该课题组在石英基底上设计制备出石墨烯/石墨透明电极，并把这种透明电极直接制备在硅上，在不需要转移和催化剂的情况下直接制备出无金属的石墨烯/硅肖特基二极管。这种二极管表现出优异的光探测性能🤷🏿‍♀️。相关结果发表在Advanced Functional Materials（http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201301924/pdf）上➙。

由于利用该方法制备石墨烯的技术需要较高的温度，在制备石墨烯/硅肖特基二极管的过程会造成碳原子的扩散，导致石墨烯/硅肖特基二极管性能的降低。为了解决这一问题↕️，该课题组又发展了一种石墨烯/氧化层/硅遂穿二极管的直接制备技术：在石墨烯的形成之前🚵🏽，巧妙的在石墨烯/硅的界面上插入一个薄的氧化层。研究结果表明，该氧化层可以有效的阻止碳原子的扩散，大大提高二极管的电学性能👦🏽。同时由于该氧化层可以有效的抑制多数载流子的热发射🧝🏿‍♀️，但是不影响少数载流子的扩散🔪，因而可以大大的提高二极管所产生的开路电压🙆🏼‍♀️，从而可以提高器件的光敏性。相关结果发表在Advanced Functional Materials（http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201402099/pdf）上🤸🏼‍♀️，受到了审稿人的高度评价🦸‍♀️，他们认为作者通过在界面处插入氧化层👨‍🎤♞，基于简单的微加工技术☞，发展了一种“smart and simple”的方法来制备石墨烯/硅二极管🧗🏼，这种方法可以很容易的在工程上实施🏺。