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成果简介
高质量、大规模和单晶晶圆级石墨烯薄膜的可用性是电子、光学和传感器领域关键设备应用的基础。合成决定未来：释放这些新兴材料的全部潜力在很大程度上依赖于它们以可扩展的方式量身定制的合成，这在现在绝非易事。本文，苏州大学孙靖宇教授（通讯作者）与北京大学刘忠范教授（通讯作者）团队在《Small》期刊发表名为“Controllable Synthesis of Wafer-Scale Graphene Films: Challenges, Status, and Perspectives”的综述，本文涵盖了通过化学气相沉积 (CVD) 合成晶圆级石墨烯薄膜的最新进展，重点关注主要挑战和现状。特别是，在对 CVD 过程中反应动力学和气相动力学的讨论的基础上，突出了流行的合成策略。
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图文概述
图1、基于晶圆级石墨烯薄膜的各种类型的器件。
图2.晶圆级石墨烯薄膜的合成路线
本文综述了晶圆级石墨烯薄膜合成的最新进展，主要包括以下三个部分。
1、讨论了晶圆级石墨烯薄膜的应用要求，然后确定了晶圆级石墨烯薄膜合成中存在的挑战和障碍。
2、介绍了对晶圆级石墨烯薄膜合成现状的系统概述 ，详细介绍了基于 CVD 反应过程中反应动力学和气相动力学的讨论的主要制备策略。
3、重点介绍了这一新兴领域的未来前景和可能的方向。
综上所述，本次审查的主要目的是：
i) 从有关晶圆级石墨烯薄膜可控合成的实验报告中收集可用信息，
ii) 强调化学动力学和流体动力学对于批量生产的同等重要性
iii) 讨论在哪些方面需要进行额外的研究以促进晶圆级石墨烯薄膜的工业化。
预计这篇综述可能会为读者提供见解，并激发研究人员对晶圆级石墨烯薄膜可控合成的兴趣。
图3.基于晶圆级石墨烯薄膜的研发产品
图4、获得晶圆级石墨烯薄膜的 CVD 策略。
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小结
我们在此对晶圆级石墨烯薄膜的 CVD 合成进行了全面回顾，详细介绍了遇到的挑战和最新进展。基本上，晶圆尺寸确保石墨烯进入半导体生产线，通过 CVD 进行批量合成是实际应用的关键先决条件。首先，已经明确了晶圆级石墨烯薄膜在质量和兼容性要求等应用中的具体要求。在综合方面，三个提议的战略之间仍然存在关键挑战。
（i）缺陷尤其是皱纹的存在，少层和多层控制生长和转移相关问题是目前的主要问题。
（ii）晶界和不均匀石墨烯层的出现以及低生长速率是策略，亟待解决的问题。
（iii）不可再生的金属薄膜、不可避免的金属残留物以及生长和蚀刻过程中的众多缺陷仍然是艰巨的挑战。
在进一步的背景下，随着简化增长模型的引入，从热力学、动力学和流体动力学方面分析了石墨烯 CVD 生长的基本过程。
为及时响应概述的进展，本文随后回顾了晶圆级石墨烯薄膜可控合成的关键进展，重点关注基板的催化和外延效应以及石墨烯 – 基板界面相互作用的控制，并强调控制流体特性以提高晶片级石墨烯薄膜的质量和批量生产路线。综合起来，专注于基板的催化和外延效应以及石墨烯-基板界面相互作用的控制，以及强调对流体特性的控制，以提高质量和批量生产晶圆级石墨烯薄膜的路线。
表 2总结了晶圆级石墨烯薄膜 CVD 合成的最新进展。
链接：https://doi.org/10.1002/smll.202008017
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