中国科学院物理研究所纳米制造团队利用AFM在纳米尺度操纵方面的高精度和灵活度，通过AFM针尖加偏压的方式对特定位置处的石墨烯进行氧化，引入周期性缺陷，进行石墨烯反点网络结构的加工。样品引入缺陷以后，通过氢气等离子体各向刻蚀技术对缺陷放大，形成具有六角孔洞阵列的石墨烯反点网络纳米结构[135-137]。由于氢等离子体对石墨烯的刻蚀只发生在石墨烯的缺陷和边缘处，所以只会对AFM针尖得到的孔洞放大，并不会造成新的缺陷或孔洞。同时由于刻蚀的各向异性，最终得到的纳米结构是具有zigzag边缘的超晶格多孔石墨烯纳米结构。超晶格多孔石墨烯纳米结构的周期和纳米带宽度是可控的，通过控制刻蚀的时间，可以获得预定宽度的纳米带，实现小于200 nm周期的纳米孔洞阵列图案，如图5.7。AFM针尖的加工方法简单，不会引入额外的污染，并且由于整个器件加工过程只有一步涂胶曝光，减少了器件制造中的表面污染。辅助针尖阵列加工工艺，可用于器件集成，有助于批量生产石墨烯纳米结构器件。
图5.7 石墨烯反点网络AFM图像
（a~c）周期为100 nm的正方点阵的反点网络结构；（e~h）周期为200 nm的六角点阵的反点网络结构的AFM 图像；（a, e）接触模式下氧化完成后的图像；（b, f）轻敲模式下的图像；（c, g）氢等离子体刻蚀后的图像；（d, h）对应虚线框内的放大图像(www.xing528.com)
该团队首创了利用氢等离子体各向异性刻蚀，在氧化硅衬底上采用“Top-Down”的加工方法，得到了具有zigzag原子级平整边界的双层及以上层数的各种石墨烯纳米结构。进而研究了单层石墨烯的各向异性刻蚀，在六方氮化硼上得到了具有zigzag原子级平整边界的单层石墨烯纳米结构，并实现了5 nm以下极小尺寸石墨烯纳米带的可控加工，如图5.8 [138-140]。进而通过原位施加不同的栅压，对氢等离子体的刻蚀机制进行研究，证实了在各向异性刻蚀中，氢等离子体起主要作用，活性氢原子起辅助作用。并且发现由于正负栅压下刻蚀速率的不同，通过栅压调控可以高效批量地加工石墨烯精细纳米结构。此种基于氢等离子体的石墨烯各向异性刻蚀为操控石墨烯提供了新的途径。
图5.8 六方氮化硼衬底上石墨烯纳米结构的可控加工
（a）500 nm标尺下的图像；（b）200 nm标尺下的图像；（c）50 nm标尺下的图像
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