石墨烯加工技术的发展

的挑战。而新兴的纳米制造技术将突破传统半导体制造工艺的极限，克服短通道效应、寄生电容、互联延迟以及功耗过大等问题，使微电子器件向着更小、更快、更冷发展。
石墨烯自 2004 年被发现以来一直受到全世界研究者们极大的关注和研究[1-2]。由于其优异的电学、物理、光学等性质，被誉为微电子材料硅的绝佳替代品。石墨烯在室温下就具有超高的电子迁移率和载流子浓度[3-4]，并且电阻率低，能耗极少[5-6]，因而在纳米器件方面表现出不凡的性能，如高速自冷却FET[7-11]、高灵敏传感器[12-16]、超级电容等[17-18]。然而尽管石墨烯在纳米器件方面表现出不凡的性能，但是由于本征石墨烯没有带隙, 因此如何可控地在石墨烯中引入带隙是石墨烯走入实际应用的关键前提和当前研究热点。鉴于石墨烯对微电子器件发展以及批量化、低成本纳米制造的重要意义，国内外科研人员对石墨烯加工方法进行了大量的探索性研究，并取得了许多重要性进展。目前石墨烯加工技术大体可分为两大类：“自上而下”与“自下而上”加工方法。
1 “自上而下”加工技术
1.1 能量束加工技术
能量束加工技术通过具有一定能量的电子束、离子束与固体表面相互作用来改变固体表面物理、化学性质和几何结构的微细加工。目前，已有研究者们利用电子束刻蚀和离子束刻蚀技术对石墨烯进行加工。 2007 年，Han 等[19]利用氧等离子束实现了石墨烯纳米带的剪裁，纳米带的极限宽度为 10~ 20 nm。2008 年，Fischbein 等[20]利用透射电镜聚集电子束对石墨烯进行刻蚀加工，这种方法必须将石墨烯样品转移到投射电镜网格上，因此不适合大规模器件制造。 2009 年，Bell 等[21]和 Lemme 等[22]利用氦离子束刻蚀技术对石墨烯进行了切割剪裁。能量束加工技术的主要问题是切割离子束容易对石墨烯边缘形成掺杂效应从而污染样品，再加上所要求的设备极其昂贵，因此该方法并不适合于纳米器件的规模化制造。

备注：为保证文章的完整度，本文核心内容由PDF格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试，手机浏览可能无法正常使用！

宇匠数控专业生产：高速精密雕铣机、精雕机、石墨机、钻攻中心、加工中心；

综上所述，虽然已有的方法能够实现石墨烯的切割剪裁，并都有着自己优势，但是现存的石墨烯加工技术存在以下 3 方面的挑战：
（1）加工条件苛刻（高温真空）、加工过程复杂（掩模等）；
（2）目前自上而下的加工方法都为“盲加工”，即在无法获得石墨烯晶格方向的前提下进行石墨烯的切割剪裁，从而无法可控地实现特定边缘结构石墨烯基纳米器件的剪裁；
（3）虽然分子自组装方法能够可控地实现特定边缘结构石墨烯纳米带的制备，但与其他方法一样都是离线开环加工方式，在加工过程中无反馈信息，难以实现加工过程的精确控制。
石墨烯带隙的引入是石墨烯能够应用于半导体电子器件的前提，因此如何能够精确可控地实现石墨烯带隙的打开仍需要研究人员的不断探索和研究。由于 AFM 同时具有观测与加工能力，并且对基底无导电性要求，因而基于 AFM 的机械加工技术有望实现石墨烯纳米带的在线加工与原位检测。