魏大程课题组《Accounts of Chemical Research》综述论文: 等离子体增强化学气相沉积制备二维材料及其应用研究

发布时间:2021-03-12 

 

 随着二维材料的兴起,机械剥离、溶液剥离、化学气相沉积(CVD)等制备方法得到了极大发展。其中,机械剥离法只能得到小尺寸且形状随机的薄层材料,溶液剥离法容易引入各种杂质,CVD法最有望用于低成本批量制备二维材料。然而,在实际应用中,CVD法面临操作温度高(1000℃左右)、需要使用金属催化剂、转移过程容易引入污染和缺陷等问题。

 等离子体增强CVD(PECVD)技术借助微波或射频等离子体,使前驱体分子裂解,产生活性自由基、带电离子等,并在低温下沉积,实现无催化原位制备薄膜和纳米材料,被广泛应用于半导体工业中。此前,魏大程课题组对二维材料的PECVD生长规律开展了系统研究,揭示了材料生长中存在刻蚀、成核与沉积之间的竞争关系,制备得到了不同形态和性能的二维电学材料,包括本征或氮掺杂石墨烯晶体、石墨烯量子点、石墨烯纳米墙、六方氮化硼(h-BN)、硼碳氮三元材料(BCxN)等。此外,还利用等离子体化学反应对二维电学材进行了可控修饰,实现了电学性能的调控。

PECVD法制备所得纳米材料及其应用展示

本文先对课题组利用PECVD法制备二维材料的研究进展进行了评述,并讨论了该方法的优点,包括低温、无转移、与半导体工艺兼容性好,可直接在非催化基底上制备具有原子级表面清洁度的材料。同时,讨论了PECVD法所得二维材料在不 同领域的应用。比如,所得的石墨烯可直接应用于高迁移率场效应晶体管;所得的共形h-BN可用于改善场效应晶体管的界面散热,提高器件功率密度;所得的材料具有高洁净表界面,在光电探测器、压力传感器、生化传感器、电子皮肤、拉曼增强衬底等方面有潜在应用前景。最后,作者讨论了PECVD技术在未来应用中所面临的机遇和挑战。

PECVD法所得石墨烯纳米墙应用于压力传感

 该综述论文于2021年2月3日发表于《Accounts of Chemical Research》。复旦大学高分子科学系和聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位。魏大程课题组硕士研究生易孔阳为论文第一作者,通讯作者为复旦大学高分子科学系魏大程研究员,中国科学院重庆绿色智能技术研究院魏大鹏研究员和复旦大学材料科学系刘云圻院士。论文详见: Kongyang Yi, Donghua Liu, Xiaosong Chen, Jun Yang, Dapeng Wei,* Yunqi Liu,* and Dacheng Wei*, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of Two-Dimensional Materials for Applications, Accounts of Chemical Research 2021 54 (4), 1011-1022

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00757