能够在超低温、超高速条件下制备高品质石墨烯的技术已经被开发出来。
韩国研究财团1日表示，由延世大学 Geum Hyunseong 教授、庆北大学 Lee Taehun 教授和 Park Hongsik 教授、世宗大学 Kim Seonggyu 教授组成的联合研究团队，成功在500摄氏度以下的温度中，在不损伤基板表面的情况下制备出接近单晶的高品质石墨烯。
单晶是指整个固体块内部的原子或分子呈连续且规则排列的结构。这是制造要求电学特性均一的半导体基板所必需的性质。
联合研究团队开发的技术，可以在碳化硅（SiC）基板上以超低温、超高速方式生成高品质石墨烯，从而能够制造氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）等下一代半导体薄膜。
近期，高性能氮化物（GaN、AlN）半导体在功率半导体、高频器件、微型发光二极管（Micro LED）等领域的需求正快速增长。
但要制造一种能够方便从基板上剥离氮化物半导体的最优基板（通过剥离基板与半导体层之间的界面以实现基板再利用的技术），就需要在1500摄氏度以上的高温下对SiC基板进行石墨烯化处理。
即便经历超高温工艺，SiC基板表面也会变得粗糙，且石墨烯厚度不均一，这是其缺点之一。此外，由于难以重复利用价格昂贵的SiC基板，必须对制造工艺进行变革，才能推动产业扩张。
与此相反，联合研究团队开发的技术，即使在500摄氏度以下的温度下，也能在不损伤基板表面的情况下制备出高品质石墨烯。
实现低温工艺的关键材料是镍（Ni）金属。联合研究团队发现，当碳以石墨烯形式重新排布时，引入镍作为金属催化剂可以形成能量更为稳定的条件，并以此为基础，通过调节镍的厚度和温度，在320摄氏度下几秒内形成单层到双层石墨烯，在500摄氏度下几秒内形成多层石墨烯，并完成了实验证实。
低温工艺使SiC基板表面能够保持原子级光滑状态，从而使最终得到的半导体薄膜相比基于高温的工艺具有更高的结晶性。
利用镍的低温工艺也可有效应用于下一代半导体技术——“二维材料（2D）基外延（epitaxy，指在晶体基板上生长具有取向性的单晶薄膜的半导体技术）”方式。这意味着可以重复利用昂贵的SiC基板，并实现异质材料集成。联合研究团队实际上确认，采用镍低温工艺制备的半导体薄膜可以像贴纸一样实现可贴可撕，且在基板上不会留下痕迹。
Geum 教授表示：“联合研究团队通过可在低温下实施的石墨烯制备技术，为基板再利用和制造成本降低提出了解决方案，这将成为今后基于低温的二维材料合成与异质外延研究的重要理论依据。”
另一方面，本次研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的基础研究室项目资助下完成。研究成果（论文）已于上月21日发表在国际学术期刊《Science Advances》在线版上。
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