从电子的角度来看，石墨烯像竖起的毛发，多年来，科学家们发现，电子可以在石墨烯上以接近光速运行，比通过硅和其他半导体材料要快得多。因此，石墨烯被认为是继硅之后又一具有巨大发展潜力的材料，能使光电设备更快、更有效的运行。

但是制造纯石墨烯是相当困难的，纯石墨烯是一种单一的，完全平坦的超薄碳原子片，精确对齐并连接在一起，如鸡丝。传统制造方法往往产生皱纹，它会破坏电子的高速运行，极大地限制了石墨烯的电子性能。

现在，麻省理工学院的工程师们已经找到了一种方法，可以让石墨烯减少皱纹，并消除出现的皱纹。在制造并将石墨烯拉平之后，研究人员测试了它的导电性。他们发现每个晶片都展现出了均匀的性能，这意味着即使是在以前的褶皱区域，电子在每个晶片上也可以自由流动。

今天发表在《美国国家科学院学报》上的一篇论文里，研究人员称，他们的技术可以成功地生产圆晶级“单极”石墨烯，并获得均匀的石墨烯的原子排列和电子性能。

“石墨烯作为半导体材料，它必须是单极，因此如果你让数以百万计的设备都用这种材料，其性能在任何位置都是一样的”麻省理工机械工程与材料科学与工程学系的职业发展助理教授，Jeehwan Kim说。“现在我们可以生产单极石墨烯晶圆。”

Kim的合作者包括来自麻省理工学院Sanghoon Bae，塞缪尔•克鲁兹和金Yunjo，国际商业机器公司，加州大学洛杉矶分校，韩国的庆北国立大学的研究人员。

皱纹的拼凑

制造石墨烯最常见的方法是化学气相淀积（简称CVD），即碳原子沉积在晶基上的过程，如铜箔。铜箔被均匀地涂上一层碳原子，然后科学家们就把整个铜箔浸入到酸中，腐蚀掉铜，剩下的就是单层石墨烯，研究人员随后将石墨烯从酸中提取出来。

用CVD制造石墨烯时由于底层铜本身比较粗糙，在将石墨烯从酸中拉出时，会在石墨烯上产生相对较大皱纹。碳原子在石墨烯上并不是均匀的，而是“多晶”状态，石墨烯类似于一个不均匀,拼接的地形，以均一的利用率阻碍电子的运动。

2013年，金和他的同事们在ＩＢＭ工作时开发了一种制造单晶石墨烯的方法，在晶圆片上，碳原子的方向完全相同。不同于于化学气相沉积，他的团队从一个原子级光滑的碳化硅晶片表面制造出单晶石墨烯，石墨烯产生的皱纹只有几个纳米，然后他们用一层很薄的镍剥离碳化硅晶片顶端的石墨烯，在这一过程被称为layer-resolved石墨烯转移。

消除控制

在新发表的论文中, ＫＩＭ和他的同事们称,层状石墨烯转移，消除碳化硅石墨烯细小皱纹是逐步进行。在将石墨烯层转移到硅晶片上之前，他的团队对硅进行氧化，产生了一层二氧化硅，产生静电电荷。当研究人员把石墨烯沉淀下来后，二氧化硅能有效地将石墨烯的碳原子拉到晶圆上，使石墨烯的皱纹变平。

ＫＩＭ说这个消除方法不会在利用化学气相沉积制造出石墨烯上起作用，通过化学气相沉积形成的生成皱纹要更大，在几个微米之内。

“化学气相沉积过程制造出的皱纹太褶以至于难以消除”Kim指出。“对碳化硅石墨烯而言，皱纹只有几纳米高，短到可以被抹平。”

测试皱纹是否抹平，单晶石墨烯晶片是否是单极的，研究人员在每个晶片上的多个位点上制造微小的晶体管，包括以前皱巴巴的区域。

“我们测量整个晶圆的电子迁移率，和他们的性能相当”ＫＩＭ说。“更重要的是，在已消除皱纹的石墨烯中迁移速度是其两倍。现在我们制造出单极石墨烯，其电子质量比石墨烯附着的碳化硅要高得多。”

Kim说，虽然石墨烯在电子方面的应用仍具有挑战性。但其团队的研究结果给研究者们如何可靠地制造纯净、单极、不皱的石墨烯晶片提供了一个蓝图。

“如果你想让任何的电子设备都使用石墨烯，你需要致力于石墨烯的研发”ＫＩＭ说。

“用石墨烯做一个可操控的电子管仍有很长的路要走，但是我们现在可以向大众展示如何制作单晶、单极石墨烯。”