《用于MEMS和NEMS应用的悬浮硅绝缘石墨烯薄膜的制造和表征》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2020-04-21
  • 石墨烯无与伦比的强度、化学稳定性、最终的表面体积比和优异的电子性能使其成为微纳米机电系统(MEMS和NEMS)中膜材料的理想候选材料。然而,将石墨烯集成到MEMS或NEMS设备以及石墨烯薄膜上的悬浮物(如证明质量)等结构中,会带来一些技术挑战,包括石墨烯的坍塌和断裂。我们开发了一种可靠的方法来实现由双层CVD石墨烯制成的薄膜,并在薄膜上悬浮大量的防硅材料,从而获得高产量。我们演示了边长的平方制造石墨烯膜从110年7µmµm,和暂停证明群众组成的固体硅立方体,从5µmµm×5×16.4µmµm 100×100µm×16.4µm大小。我们的方法与晶片级MEMS和半导体制造技术兼容,悬浮阻性质量石墨烯薄膜的制造率为>90%,其中>70%的石墨烯薄膜具有>90%的石墨烯面积,且无明显缺陷。所实现结构的测量共振频率范围从几十到几百千赫,质量因数范围从63到148。具有悬浮证明质量的石墨烯薄膜非常坚固,能够承受原子力显微镜(AFM)尖端约7000神经网络的压痕力。该方法可用于可靠的、大规模的石墨烯薄膜悬浮物的制造,这将使具有新功能和改进性能的创新NEMS器件的开发和研究成为可能。

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    • 石墨烯无与伦比的强度、化学稳定性、最终的表面与体积比以及优异的电子性能使其成为微纳米机电系统(MEMS和NEMS)中膜材料的理想候选材料。然而,将石墨烯集成到MEMS或NEMS设备以及石墨烯薄膜上的悬浮物(如证明质量)等结构中,会带来一些技术挑战,包括石墨烯的坍塌和断裂。我们已经开发了一种强大的方法来实现由双层CVD石墨烯制成的薄膜,并在薄膜上以高产量悬浮大量的防硅材料。我们演示了边长的平方制造石墨烯膜从110年7µmµm,和暂停证明群众组成的固体硅立方体,从5µmµm×5×16.4µmµm 100×100µm×16.4µm大小。我们的方法与晶片级MEMS和半导体制造技术兼容,具有悬浮证明质量的石墨烯薄膜的制造产率为>90%,其中>70%的石墨烯薄膜具有>90%的石墨烯区域,且无明显缺陷。所测到的已实现结构的共振频率范围为数十至数百kHz,质量因子范围为63至148。石墨烯薄膜的耐悬浮质量非常坚固,能够承受原子力显微镜(AFM)尖端约7000 nN的压痕力。为可靠和大规模生产具有悬浮证明质量的石墨烯薄膜而提出的方法,将使具有新功能和改进性能的创新NEMS器件的开发和研究成为可能。
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    • 麻省理工学院的工程师已经开发出一种连续生产高质量石墨烯的工艺。 该团队的研究成果首次展示了一种工业化的、可扩展的制造高质量石墨烯的方法,这种方法专为过滤各种分子(包括盐、较大的离子、蛋白质或纳米颗粒)的薄膜而设计。这种薄膜应该对脱盐、生物分离和其他应用有用。 “多年来,研究人员一直认为石墨烯是通向超薄薄膜的潜在途径,”麻省理工学院机械工程副教授、制造与生产力实验室主任约翰•哈特(John Hart)表示。“我们相信这是第一次针对薄膜应用量身定做石墨烯制造的研究,薄膜应用要求石墨烯无缝、完全覆盖基材、高质量。” 哈特是这篇发表在《应用材料与界面》(Applied Materials and interface)在线杂志上的论文的资深作者。该研究的第一作者Piran Kidambi曾是麻省理工学院的博士后,现在是范德比尔特大学的助理教授;麻省理工学院研究生Dhanushkodi Mariappan和Nicholas Dee;新加坡国立大学的张穗;安德烈•维亚斯基克(Andrey Vyatskikh)曾就读于斯科尔科沃科学技术学院(Skolkovo Institute of Science and Technology),现在在加州理工学院(Caltech)工作;Rohit Karnik,麻省理工学院机械工程副教授。 越来越多的石墨烯 对于许多研究人员来说,石墨烯是过滤膜的理想材料。一层石墨烯就像原子一样薄,它由碳原子组成,这些碳原子以一种特殊的方式结合在一起,使得这种材料非常坚韧,即使是最小的原子氦也无法穿透。 包括卡尼克的团队在内的研究人员已经开发出了制造石墨烯薄膜的技术,并通过微小的孔(或称纳米孔)精确地将其包裹起来。在大多数情况下,科学家们通过一种叫做化学气相沉积的过程来合成石墨烯。在这种过程中,他们首先加热铜箔样品,然后将碳和其他气体的混合物沉积到石墨烯上。 石墨烯基薄膜大多是在实验室里小批量生产的,在实验室里,研究人员可以仔细控制这种材料的生长条件。然而,Hart和他的同事们相信,如果石墨烯薄膜要投入商业使用,它们将必须以高速率大量生产,并具有可靠的性能.