在石墨烯薄膜上刻蚀形成特定的微纳结构图形，即图案化，是其在电子、光电子元件基础研究和产业化应用的一个重要环节。目前，针对传统光刻、直写以及新型图案化方法在光刻胶污染、基底损伤、图形精度、经济可行性等方面存在的问题，我们首次提出利用磁场辅助紫外光/臭氧化开展石墨烯薄膜图案化。

我们利用自主研制的氙灯准分子紫外光/臭氧化设备，通过施加垂直石墨烯表面的非均匀竖直磁场（Bz=0.31 T,∇Bz=90 T∙m^(-1)），能够将顺磁性氧气分子、氧原子的无规则热运动转变为与石墨烯薄膜表面垂直的定向运动，实现大面积化学气相沉积（CVD）石墨烯薄膜图案化。利用铁磁性掩模版，能够进一步降低弱抗磁性臭氧分子在掩模版底部的钻蚀，实现线宽∼29μm、横向钻蚀距离∼4μm的微米结构。这种方法适用于制备石墨烯薄膜晶体管（FET）阵列，其空穴和电子迁移率分别可达到~1682 cm^2∙V^(-1)∙s^(-1)和~1316 cm^2∙V^(-1)∙s^(-1)。磁场辅助紫外光/臭氧化方法为实现无光刻胶污染、无基底损伤和低成本的大面积石墨烯薄膜图案化开辟了新的途径。

该项成果发表在Yixuan Wu, Haihua Tao*, Shubin Su, Huan Yue, Hao Li, Ziyu Zhang, Zhenhua Ni & Xianfeng Chen*, Patterning Graphene Film by Magnetic-assisted UV Ozonation, Scientific Reports, 7, 46583 (2017).