研究人員闡述了制備超薄納米材料的激光退火技術

日期：2016年12月1日

資源：基礎科學研究所（Institute for Basic Science）

概要：我們的智能手機都含有一塊明亮的AMOLED（主動矩陣有機發光二極體，ActiveMatrix/Organic Light Emitting Diode）顯示屏。這些顯示屏中的每個單像素后面都隱藏著至少兩個硅晶體管，這種硅晶體管是基于激光退火技術大批量制造出的。利用傳統方法制備這些材料通常需要1000℃的高溫，而激光技術利用較低的溫度便可達到相同的效果，甚至可以在塑料（熔點低于300℃）基底上制備。有趣的是，同樣的操作工藝也可應用在石墨烯材料的制備上。

利用高分辨透射電子顯微鏡可觀察到，經過30納秒的激光脈沖，碳化硅（silicon carbide，SiC）基質便會融化分解成碳單層和硅單層。如果施加更多的激光脈沖，碳單層會組成石墨烯結構而硅則汽化分離。

我們的智能手機都含有一塊明亮的AMOLED顯示屏。這些顯示屏中的每個單像素后面都隱藏著至少兩個硅晶體管，這種硅晶體管是基于激光退火技術大批量制造出的。利用傳統方法制備這些材料通常需要1000℃的高溫，而激光技術利用較低的溫度便可達到相同的效果，甚至可以在塑料（熔點低于300℃）基底上制備。有趣的是，同樣的操作工藝也可應用在石墨烯材料的制備上。石墨烯是一種由碳制成的納米材料，這種超薄材料不僅堅固，其優異的導電導熱性質更是吸引了全世界科學家的目光。

來自基礎科學研究所（Institute for Basic Science，IBS）多維碳材料研究中心（Center for Multidimensional Carbon Materials）的KEON Jae Lee教授研究團隊，以及來自韓國科學技術院（KoreaAdvanced Institute of Science and Technology，KAIST）的CHOI Sung-Yool課題組，發現了利用激光誘導固相分離單晶碳化硅（SiC）的石墨烯合成機理。在這項發表在《自然·通訊》（Nature Communications）的研究中，介紹了如何利用激光技術將混合組分（SiC）分離成超薄的碳和硅單質。

盡管準分子激光對基本材料（如硅）轉換的影響機制在一些基礎研究中得到了解釋，但由于復雜組分的相轉移過程及超短的處理時間，激光對于多組分復雜體系（如SiC）的作用機制還很少被研究。

科學家利用高分辨率顯微鏡圖像和分子動力學模擬發現，經30納秒氯化氙準分子激光器的單脈沖照射熔化SiC時，可形成SiC液相層，其中上層為具有石墨晶疇的無序碳層（約2.5nm厚），下層為多晶硅層（約5nm）。隨著脈沖強度增加，可引起硅的升華分離，而無序碳層將轉變為多層石墨烯。

“這項研究表明，激光材料交互技術可成為下一代二維納米材料研究的強大工具，” Keon教授說。Choi教授補充說：“未來我們可利用激光誘導復雜化合物相分離，并以此合成新型的二維材料。” IBS的Keon教授來自KAIST材料科學與工程學院，Choi教授來自KAIST電氣工程與石墨烯研究中心。

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