前沿透视：Adv. Mater. - 石墨烯纳米带合成与电子器件集成

来源：今日新材料

石墨烯纳米带（GNR）是准一维石墨烯条带，作为一类新型的半导体材料，已在电子器件和光电器件领域获得广泛应用。

近日，浙江大学陈宗平研究组和德国马普所的Akimitsu Narita和Klaus Müllen等总结了在超高真空（UHV）和化学气相沉积（CVD）条件下通过表面合成反应制备GNRs领域的最新进展。CVD方案更简易可行和低成本，从而允许GNRs的规模化生产并将其高效的集成到器件上。在这个工作中，作者首先综述了有关利用UHV和CVD的表面辅助合成GNRs的最新报道。然后全面介绍了利用表面合成的GNRs在应用上的新发展，主要面向FET器件应用方向。最后，作者就自下而上合成GNRs未来所面临的挑战和发展前景提出了深刻的观点。

GNR的合成与表征

a,b）从伞状单体8a到全锯齿GNR和从单体8b到改性GNR 1的合成路线

c）手性（4,1）-GNR的合成路线

d）类石墨烯状纳米带的合成策略

e）基于并四苯形成纳米带的反应方案

f）基于并四苯单体合成GNR纳米带的示意图

g）两条聚薁链的横向融合呈富含非六元环的纳米带（包括5-6-7元和4-5-7元环）

h）典型5-6-7 GNR的AFM图像

i）用CO功能化尖端拍摄的ZGNR的nc-AFM图像

j）在0.3 V的样品偏置下获取的填充边缘状态的差分电导图，以及在4Å的尖端采样距离处基于DFT的局部态密度（DOS），显示了边缘能态的空间分布

k）手性（4,1）-GNR的STM图像

l）用CO功能化尖端获取类石墨烯纳米带的nc-AFM图，可以清晰看到四元环和八元环

拓扑结构GNR的合成与表征

a,b）GNR 5的表面合成路线和典型nc-AFM图像

c）7-AGNR主链扩展GNR 6及其与7-AGNR的异质结的表面合成路线

d）7-AGNR/GNR 6异质结的等高nc-AFM图像

e）在+0.15，+0.25和+0.7 V时dI/dV分布图

f）为（d）中的实验结构计算的VB顶部，E = 0 eV和CB底部的电荷密度图

g）7/9-AGNR异质结的合成路线

h）7/9-AGNR异质结的键分辨STM图像，显示异质结界面的精确键结构

GNR在器件上的应用

a）由GNR通道和多层外延石墨烯电极组成的光电晶体管器件的示意图

b）在不同入射功率下单色光（λ= 550 nm）下器件的光响应性

c）器件的时间分辨光电流

d）归一化器件的光响应度与入射光波长λ的关系

e）短通道器件的示意图，该器件由两个石墨烯电极（由一个或多个AGNR桥接）组成

f）（e）中设备的SEM图像和AFM形貌图像

g）在相应间隔内测量到的源漏电流ISD的5-AGNR器件数量的直方图

h）针对使用UHV和CVD方法生长的9-AGNR器件测量的输出电流分布

i）三种AGNR的输出电流平均值和标准偏差

文献链接：
Graphene Nanoribbons: On-Surface Synthesis and Integration into Electronic Devices,

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001893