研究人員闡述了制備超薄納米材料的激光退火技術(shù)
日期：2016年12月1日
資源：基礎(chǔ)科學(xué)研究所（Institute for Basic Science）
概要：我們的智能手機(jī)都含有一塊明亮的AMOLED（主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體，ActiveMatrix/Organic Light Emitting Diode）顯示屏。這些顯示屏中的每個(gè)單像素后面都隱藏著至少兩個(gè)硅晶體管，這種硅晶體管是基于激光退火技術(shù)大批量制造出的。利用傳統(tǒng)方法制備這些材料通常需要1000℃的高溫，而激光技術(shù)利用較低的溫度便可達(dá)到相同的效果，甚至可以在塑料（熔點(diǎn)低于300℃）基底上制備。有趣的是，同樣的操作工藝也可應(yīng)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(jīng)過(guò)30納秒的激光脈沖，碳化硅（silicon carbide，SiC）基質(zhì)便會(huì)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(huì)組成石墨烯結(jié)構(gòu)而硅則汽化分離。
我們的智能手機(jī)都含有一塊明亮的AMOLED顯示屏。這些顯示屏中的每個(gè)單像素后面都隱藏著至少兩個(gè)硅晶體管，這種硅晶體管是基于激光退火技術(shù)大批量制造出的。利用傳統(tǒng)方法制備這些材料通常需要1000℃的高溫，而激光技術(shù)利用較低的溫度便可達(dá)到相同的效果，甚至可以在塑料（熔點(diǎn)低于300℃）基底上制備。有趣的是，同樣的操作工藝也可應(yīng)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(jiān)固，其優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性質(zhì)更是吸引了全世界科學(xué)家的目光。
來(lái)自基礎(chǔ)科學(xué)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(tuán)隊(duì)，以及來(lái)自韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KoreaAdvanced Institute of Science and Technology，KAIST）的CHOI Sung-Yool課題組，發(fā)現(xiàn)了利用激光誘導(dǎo)固相分離單晶碳化硅（SiC）的石墨烯合成機(jī)理。在這項(xiàng)發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）的研究中，介紹了如何利用激光技術(shù)將混合組分（SiC）分離成超薄的碳和硅單質(zhì)。
盡管準(zhǔn)分子激光對(duì)基本材料（如硅）轉(zhuǎn)換的影響機(jī)制在一些基礎(chǔ)研究中得到了解釋，但由于復(fù)雜組分的相轉(zhuǎn)移過(guò)程及超短的處理時(shí)間，激光對(duì)于多組分復(fù)雜體系（如SiC）的作用機(jī)制還很少被研究。
科學(xué)家利用高分辨率顯微鏡圖像和分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，經(jīng)30納秒氯化氙準(zhǔn)分子激光器的單脈沖照射熔化SiC時(shí)，可形成SiC液相層，其中上層為具有石墨晶疇的無(wú)序碳層（約2.5nm厚），下層為多晶硅層（約5nm）。隨著脈沖強(qiáng)度增加，可引起硅的升華分離，而無(wú)序碳層將轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮?/div>
“這項(xiàng)研究表明，激光材料交互技術(shù)可成為下一代二維納米材料研究的強(qiáng)大工具，” Keon教授說(shuō)。Choi教授補(bǔ)充說(shuō)：“未來(lái)我們可利用激光誘導(dǎo)復(fù)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(lái)自KAIST材料科學(xué)與工程學(xué)院，Choi教授來(lái)自KAIST電氣工程與石墨烯研究中心。
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