在眾多石墨烯的制備方法中，化學(xué)氣相沉積（CVD）法非常有望實現(xiàn)大面積高質(zhì)量石墨烯的低成本可控制備。而精確控制石墨烯的形核位點對大規(guī)模石墨烯器件的快速制造有很重要的意義。但是，化學(xué)氣相沉積法制得的石墨烯的形核點受甲烷濃度、銅基底表面雜質(zhì)、表面結(jié)構(gòu)和缺陷等多種因素影響。最近日本的一個課題組在ACS NANO期刊上發(fā)表了一種通過在銅基底的上下表面添加具有催化活性的鎳層的方法有效實現(xiàn)了石墨烯形核的精確控制。

      圖1.通過在銅基底的兩面加鎳鉑，控制CVD石墨烯形核位點的過程示意圖

如圖1 所示，Ago等人將一片普通鎳箔放在銅箔的下方以減少銅背面的碳源供應(yīng)，從而抑制銅箔正面雙層或是少數(shù)層石墨烯的生長；再在銅上面放置一片具有特定尺寸和圖案的鎳箔作掩膜層，使石墨烯只在鎳孔洞處形核，并可通過調(diào)節(jié)碳源（甲烷）的濃度實現(xiàn)石墨烯的快速生長。這種方法簡單、經(jīng)濟，可以準確控制銅上石墨烯的形核位點。

另外，通過控制在上面的鎳箔的孔洞圖案，不僅可以限制石墨烯的形核，還可以直接制備圖案化的石墨烯。將石墨烯的生長時間延長，或者是增加甲烷的濃度，可以使制備的石墨烯晶粒長大至鎳掩膜版的邊界，這樣便可以依靠合適的鎳掩膜版合成任意形狀的石墨烯圖案。

如圖2所示，圖中在銅基底上成功制備了十字形石墨烯圖案，并將其在不需要任何光刻工藝的條件下組裝到場效應(yīng)晶體管器件中。該方法避免了之前報導(dǎo)的在銅基底上添加高濃度碳點誘發(fā)形核和后期對石墨烯的掩膜刻蝕圖案化，對實現(xiàn)CVD石墨烯在電子器件方面的應(yīng)用有很大助益。

       圖2.精確控制圖案化石墨烯以及場效應(yīng)晶體管的組裝光鏡照片