中國科學院上海微系統與信息技術研究所石墨烯/六方氮化硼平面異質結研究取得新進展，研究員謝曉明領導的研究團隊采用化學氣相沉積（CVD）方法成功制備出單原子層高質量石墨烯/六方氮化硼平面異質結，并將其成功應用于WSe2/MoS2 二維光電探測器件。研究論文Synthesis of High-Quality Graphene and Hexagonal Boron Nitride Monolayer In-Plane Heterostructure on Cu–Ni Alloy 于5月19日在Advanced Science上發表。
石墨烯（graphene）和六方氮化硼（h-BN）結構相似但電學性質迥異。由于石墨烯/六方氮化硼平面異質結在基礎研究和器件探索方面具有重要潛力，因而備受學術界關注。
graphene/h-BN平面異質結的制備一般采用依次沉積石墨烯和h-BN，或者相反次序來實現，由于后續薄膜形核控制困難以及生長過程中反應氣體很容易對前序薄膜產生破壞，因而目前文獻報告graphene/h-BN平面異質結的質量不盡如人意。上海微系統所信息功能材料國家重點實驗室的盧光遠、吳天如等人基于銅鎳合金襯底生長高質量h-BN和石墨烯薄膜的研究基礎，通過先沉積h-BN單晶后生長石墨烯，成功制備了高質量石墨烯/h-BN平面異質結。由于銅鎳合金上石墨烯生長速度極快，較短的石墨烯沉積時間減小了對石墨烯薄膜生長過程中對h-BN薄膜的破壞。同時由于銅鎳合金優異的催化能力，在提高氮化硼單晶結晶質量的同時消除了石墨烯的隨機成核，使得石墨烯晶疇只在三角狀h-BN單晶疇的頂角處形核并沿著h-BN邊取向生長。課題組與美國萊斯大學教授Jun Lou等團隊合作，利用合作培養博士研究生計劃，在高質量石墨烯/h-BN平面異質結的基礎上，以石墨烯作為接觸電極，h-BN作為絕緣襯底，制備了WSe2/ MoS2 二維光電探測器，驗證了石墨烯/h-BN平面異質結的質量和電學性能，為基于該異質結材料平臺開展基礎研究和二維邏輯集成電路應用探索提供了基礎。
該項工作得到了科技部重大專項“晶圓級石墨烯電子材料與器件研究”以及中科院和上海市科委相關研究計劃的資助。
圖1 高質量graphene/h-BN平面異質結的CVD制備
圖2 Graphene/h-BN平面異質結上的WSe2/MoS2光電器件應用
