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美國研究人員研發出一種製作極窄石墨烯奈米帶(graphene nanoribbon, GNR)的新方法。這種由大作小(top-down)的製程又稱為「水弧遮罩微影術」(meniscus-mask lithography)，能製作出寬度不到10 nm且長寬比大於2000的奈米帶。此方式亦能用來製作其他奈米結構如金屬奈米線等。
石墨烯奈米帶是一種導電性會隨寬度變化的特殊材料，當寬度逐漸增加時會由半導體性轉變為半金屬性。石墨烯奈米帶可應用於高效能奈米電子元件上，例如高頻電晶體與感測器，也可作為奈米電路中理想的內連線材料。雖然有一些平面技術可用來製作石墨烯奈米帶，譬如利用共聚物遮罩對石墨烯圖案化，但這些方法大多相當複雜且不易量產。
最近由萊斯(Rice)大學的James Tour團隊所提出的方法不僅克服了上述種種困難，並且無須使用複雜的高解析微影設備。研究人員在石墨烯表面上預先定義圖案，接著利用電漿蝕刻將圖形轉移至石墨烯上，然後在相同區域鍍上一犧牲層(譬如鋁材)。最後再將遮罩圖案反轉，蝕刻掉剩餘的石墨烯表面。Tour表示，上述作方法能確保圖案內外的石墨烯都被蝕刻，只在圖案邊緣留下極窄的石墨烯帶。
Tour進一步解釋，由於犧牲層材料具有微弱的親水性，因此在遮罩壁與石墨烯表面間形成數十奈米寬的水弧(meniscus of water)，這使得奈米帶免於被蝕刻。由於此水弧的寬度與圖案形狀及微影製程參數無關，因此能確保最後的奈米帶具有相同的寬度。這個方法亦可望用來製造其他狹長奈米結構，譬如奈米金屬線、奈米電極、交叉結構、電晶體閘極，甚至是某些光子晶體波導皆可用此法完成。
不過，如同其他由大作小的製程方式，此技術所產生的奈米結構邊緣在原子等級下顯得粗糙且定義不佳。對金屬奈米線而言，粗糙的線邊界影響並不大；但對石墨烯奈米線而言，這種缺陷會影響石墨烯帶的電子結構，而不利於作為高遷移率半導體的應用。為了改善邊緣品質，該團隊正研究這些邊緣的化學性質並採取適當的改良措施。詳見 ACS Nano｜DOI: 10.1021/nn403057t。 |