利用插层效应调控和研究石墨烯与介质层的界面性质

Graphene-dielectric heterostructure is a basic structure unit in graphene-based devices. The interfacial properties between graphene and dielectric layer have great influence on the performance of graphene devices. And transferring graphene on other substrates will damage the quality of graphene and introduce other defects and impurities, which is a big challenge to control the interface. Some earlier studies have found that metal atoms and molecular can intercalate graphene without damage to graphene. This research will focus on tuning the interfacial properties by intercalating dielectric materials between graphene and metal substrates. Then to understand the relationship between graphene and dielectric materials by measuring the transport properties of graphene, which may help us to further tune the properties of graphene by controlling the interface structure and promote the applications of graphene based devices.

石墨烯-介质层异质结构是实现众多基于石墨烯的电子器件的基本结构单元。而石墨烯与介质材料之间的界面特性对于器件的性能起着非常重要的作用。传统的通过转移石墨烯获得异质结的方法容易在转移过程中破坏石墨烯的质量、引入缺陷和杂质，因而对实现高质量可控的石墨烯-介质界面具有相当大的挑战性。本项目基于原子和分子可以穿过碳原子的二维蜂窝状结构，可以较为容易地在保持外延石墨烯形貌的情况下改变石墨烯与基底的界面层的基本原理，提出利用易氧化的金属原子与氧分子的插层效应来构建和调制石墨烯-介质的界面效应的研究设想，拟通过控制生长条件逐渐改变石墨烯与界面条件，并通过测量石墨烯的输运性质，建立介质层电阻率、介电系数与石墨烯载流子性质的关系，认识石墨烯-介质界面的物理本质，以期能够进一步通过界面控制调制石墨烯的物理性质，促进石墨烯基电子器件的应用发展。

石墨烯与基底、电极、功能材料等单元之间的界面特性对于石墨烯器件的性能起着非常重要的作用。本项目在研究石墨烯的初期生长以及插层原子与基底的界面相互作用的基础上，进一步研究了界面材料原子结构、电荷转移、热学性能等对石墨烯器件的性能调控。主要的研究结论包括：（1）通过实现石墨烯与碳纳米管电极的界面构筑，揭示了影响石墨烯与碳纳米管接触电极电性能的关键因素。（2）通过调制石墨烯场效应器件中基底的热传输性能，揭示了基底热导率在石墨烯器件中的重要调制作用。（3）利用石墨烯和氧化锌纳米颗粒的界面电荷转移，实现了石墨烯光传感器的响应增强。（4）利用碳纳米材料优异的热性能和电性能，提出并制备了可用于芯片散热和红外传感的柔性碳基原型器件。本项目在实验上从多个方面研究了石墨烯与功能材料之间的界面效应对石墨烯器件性能的调控，研究结果对于拓展石墨烯器件的应用具有较好的指导意义。