对于先进的电子器件来说，将大规模二维(2D)材料集成到半导体晶圆上是非常理想的，但是诸如与转移相关的裂纹、污染、褶皱和掺杂等挑战仍然存在。
近日，北京大学刘忠范院士，彭海琳教授，国防科技大学Shiqiao Qin，Mengjian Zhu根据薄膜粘附理论，薄膜从一层到另一层的转移主要由各层表面能的差异决定，设计了一种具有梯度表面能分布的多功能三层转移介质。
文章要点
1）在这种情况下，目标衬底的表面能越高，它就越好地充当薄膜“受体”,因为它的润湿性更好。因此，转移介质和目标衬底的表面能应被设计成确保可靠的粘附和释放，这是保证晶圆级2D材料集成的关键特征。因此，梯度表面能(GSE)调制方法有助于将4英寸单晶超平坦石墨烯集成到硅片上。
2）转移的石墨烯晶片保持其平整度，显示出完整和清洁的表面，几乎没有水掺杂。因此，得到的晶圆级石墨烯显示出在4英寸的面积上只有约6%偏差的均匀薄层电阻。与传统的湿法转移(约2000 cm2 v-1 S-1)相比，在室温下，二氧化硅/硅上转移的石墨烯表现出优异的电学性能，具有更小的狄拉克点和更高的载流子迁移率(约10000 cm2 v-1 S-1)。
3）室温下，研究人员在转移到SiO2/Si上的石墨烯中也观察到了量子霍尔效应(QHE)，用h-BN包裹的转移石墨烯在1.7K下记录到分数量子霍尔效应 (FQHE)，具有高达 ~280,000 cm2 V-1 s-1 的高迁移率。此外，在4英寸石墨烯/硅晶圆上制备的集成热发射器阵列在近红外区显示出显著的广谱发射。
参考文献
Gao, X., Zheng, L., Luo, F. et al. Integrated wafer-scale ultra-flat graphene by gradient surface energy modulation. Nat Commun 13, 5410 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33135-w
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33135-w
