石墨烯实现纳米材料精准定位，助力工业级器件集成

纳米材料拥有卓越的光电特性，有望自下而上集成进主流半导体制造。然而，在指定芯片位置实现精准、无污染沉积仍是巨大障碍。石墨烯——极薄、坚韧、柔性且高导电——提供了变革性方案。

在IBM巴西研究院工业技术与科学小组，我们开发、应用并规模化纳米材料——百万分之一毫米级颗粒——用于大规模生产。三十年前观测操控单个原子尚属不可能；现代技术已能探测建模纳米行为。

在新论文《石墨烯赋能的定向纳米材料从溶液中大规模器件集成定位》中，发表于《自然通讯》，我们与学术合作者首次证明：给石墨烯通电，可使其在固体表面任意指定位置沉积材料，良率高达97%。

利用石墨烯可实现晶圆级纳米材料集成，精度达纳米级。不仅能在特定纳米位置沉积，还能在多位点并行操作——实现大规模集成。该工作已获专利（US9412815B2）。

大面积石墨烯层上构建的对向石墨烯电极对之间，电场辅助定位纳米材料的艺术渲染图。量子点（红）、碳纳米管（灰）、二硫化钼纳米片（白/灰）分别作为0D、1D、2D纳米材料代表，展示基于石墨烯电场辅助定位法的大规模组装。

石墨烯是能支撑电场的最薄导电材料。我们利用这些电场引导纳米材料落于石墨烯片上：工程化的石墨烯电极形状和图案决定最终定位。这为构建纳米材料带来前所未有的精度。传统方法依赖铜等金属，但铜组装后难以清洁移除，危及性能或破坏纳米材料。石墨烯兼具精度与易移除性。

该方法不受纳米材料几何形态限制——量子点、碳纳米管、二维纳米片等均适用。我们已制备功能晶体管并评估性能。除电子学外，该技术可用于芯片实验室微流控中的颗粒操控与捕获（US20170292934A1）。

石墨烯纳米材料定位的进展可推动下一代太阳能电池、智能手机/平板更快处理器、量子器件如电控片上量子光发射器/探测器。此类器件能发射/探测单光子，是安全量子通信的关键。

研究表明石墨烯能以标准材料无法做到的方式集成纳米材料，为工业级电子制造铺路——这是宏大的石墨烯旗舰计划目标。通过与产业合作，我们旨在加速知识生成、技术开发和这一方法的自下而上集成应用。

Graphene‑enabled and directed nanomaterial placement from solution for large‑scale device integration. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-018-06604-4.

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