國家納米科學中心石墨烯可控摻雜研究取得新進展

　　石墨烯，這一2004年發現的碳晶體家族中的新成員，集多種優異特性于一身，其電子遷移率高于硅材料兩個級數表明石墨烯有望替代半導體工業中的硅材料。然而，石墨烯為零帶隙半導體，因此能否有效調控其電學性質決定著這種新材料在微電子等行業的應用前途。

　　摻雜被認為是調控石墨烯電學性質的有效手段之一，但石墨烯完整的二維蜂窩狀結構給其摻雜帶來很大困難。為了解決這一難題，國家納米科學中心宮建茹研究組采用離子注入技術，通過高能離子轟擊使石墨烯產生碳原子空位缺陷。然后，在氨氣氣氛中高溫退火，利用氨氣分解產生的氮原子來填補碳原子空位缺陷，實現了在石墨烯中氮原子的摻雜。由氮原子摻雜后的石墨烯制備的場效應器件具有n型導電性質，進一步證實了氮原子的摻雜效果。另外，通過調節離子注入劑量、退火溫度等條件，能夠實現精確可控的原子摻雜，對石墨烯的理論研究和實際應用都具有重要意義。

　　相關研究結果已發表在2010年的Nano Letters上（Nano Lett. 2010, 10, 4975–4980.），并被Nature Publishing Group (NPG) Asia Materials做為特色研究進行報道。

　　除石墨烯納米器件的物理性質研究外，該研究組還將納米器件應用于傳感領域，能夠實現無標記高靈敏度的生物分子檢測，其結果發表在Small 2010, 6(8), 967-973。

　　上述研究工作得到中國科學院、國家自然科學基金委以及科技部項目的支持。

左：石墨烯場效應晶體管示意圖；中：本征石墨烯的Gsd-Vg曲線；右：氮摻雜石墨烯的Gsd-Vg曲線。從中到右的數據表明石墨烯實現了從p型到n型的轉變。