在众多石墨烯的制备方法中，化学气相沉积（CVD）法非常有望实现大面积高质量石墨烯的低成本可控制备。而精确控制石墨烯的形核位点对大规模石墨烯器件的快速制造有很重要的意义。但是，化学气相沉积法制得的石墨烯的形核点受甲烷浓度、铜基底表面杂质、表面结构和缺陷等多种因素影响。最近日本的一个课题组在ACS NANO期刊上发表了一种通过在铜基底的上下表面添加具有催化活性的镍层的方法有效实现了石墨烯形核的精确控制。
图1.通过在铜基底的两面加镍铂，控制CVD石墨烯形核位点的过程示意图
如图1 所示，Ago等人将一片普通镍箔放在铜箔的下方以减少铜背面的碳源供应，从而抑制铜箔正面双层或是少数层石墨烯的生长；再在铜上面放置一片具有特定尺寸和图案的镍箔作掩膜层，使石墨烯只在镍孔洞处形核，并可通过调节碳源（甲烷）的浓度实现石墨烯的快速生长。这种方法简单、经济，可以准确控制铜上石墨烯的形核位点。
另外，通过控制在上面的镍箔的孔洞图案，不仅可以限制石墨烯的形核，还可以直接制备图案化的石墨烯。将石墨烯的生长时间延长，或者是增加甲烷的浓度，可以使制备的石墨烯晶粒长大至镍掩膜版的边界，这样便可以依靠合适的镍掩膜版合成任意形状的石墨烯图案。
如图2所示，图中在铜基底上成功制备了十字形石墨烯图案，并将其在不需要任何光刻工艺的条件下组装到场效应晶体管器件中。该方法避免了之前报导的在铜基底上添加高浓度碳点诱发形核和后期对石墨烯的掩膜刻蚀图案化，对实现CVD石墨烯在电子器件方面的应用有很大助益。
图2.精确控制图案化石墨烯以及场效应晶体管的组装光镜照片
