金属-石墨烯接触的原位构建及原子分辨界面微结构与电学特性研究

This project aims at the influence of metal-graphene contact on the electrical characteristics in graphene based electronic devices. By using aberration corrected TEM (AC-TEM) in combination with in situ nanoscale manipulation and electrical properties measurements system (STM-TEM), we plan to study, down to pico-meter resolution, the interface wetting, stress and strain evolution and their influence on the electrical characteristics of the contact between metal Pd and graphene, in order to get real-time and detailed information about the interface atomic structure during contact formation and evolution as well as the effect of interface structure on the electrical properties. This project makes full use of the high spatial resolution of the AC-TEM and the high resolution nanoscale manipulation and electrical measurement of the STM-TEM system to solve fundamental scientific problems in devices fabrication and integration in graphene based electronic devices. The realization of this project will show important significant in both industrial applications in device performance optimizing and fundamental researches of the graphene based materials.

本项目针对基于石墨烯的电子器件中金属与石墨烯的接触对器件电学特性影响的问题，以金属钯和石墨烯的接触为主要研究对象，采用球差矫正透射电子显微学方法，结合原位操纵和电学性能测试技术，对金属和石墨烯接触的界面浸润过程和界面应力、应变行为及其对电学特性的影响进行研究。在皮米分辨率水平探索金属和石墨烯接触的界面形成和演化行为以及界面结构对其电学特性的影响规律。充分利用球差矫正透射电子显微镜的高分辨率以及原位操作与电学性能测试系统的原位高精度操纵和电学性能测试能力，使用原位透射电子显微学的技术解决实际器件中的关键基础科学问题。对解决目前基于石墨烯的电子器件中器件性能优化的问题具有重要意义。

石墨烯-金属接触是影响基于石墨烯的电子器件性能的重要原因之一。本项目关注于石墨烯-金属接触的问题，拟对其界面处碳-金属的结合状态，微观结构和性能等方面进行研究。本项目主要通过原位电子显微学的技术研究了金属纳米颗粒在碳材料表面的浸润和融合过程机理；石墨烯结构接触导电过程中的机电耦合机理；导电金属氧化物应用于与碳材料接触的导电机理；以及石墨烯结构在应力场下的结构变化。通过研究，发现了金属纳米颗粒在非晶碳表面特殊的跳跃式融合过程，该过程在金属颗粒覆盖碳材料表面的过程中起到重要作用；发现了一种由于石墨烯材料的机电耦和导致的洄滞特性，该特性可能可以应用于制备新型的存储器件；发现了在一种导电氧化物（氧化铟锡）中纳米尺度下直接键和诱导的电连接接触。该接触为可动的电接触，可能可以应用于柔性电子电路中；发现了在应力场下石墨烯片层结构沿着外力作用方向的取向性重排。该过程在应用石墨烯作为功能元件的电路中可能起到重要调控作用。项目共发表论文16篇，获授权发明专利15项。所获得的成果对基于石墨烯材料的电子器件制备具有一定的指导意义。项目团队将基于所获得的结果在相关方面进行持续的研究，以期获得更好的研究成果。