天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功制備全球首個(gè)石墨烯半導(dǎo)體

　　1月4日，記者從天津大學(xué)官網(wǎng)獲悉，該校納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心的馬雷團(tuán)隊(duì)攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，通過對(duì)外延石墨烯生長過程的精確調(diào)控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創(chuàng)造了一種新型穩(wěn)定的半導(dǎo)體石墨烯。該項(xiàng)研究成果的論文《碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》已于2024年1月3日在《自然》雜志網(wǎng)站發(fā)布。

　　石墨烯作為首個(gè)被發(fā)現(xiàn)可在室溫下穩(wěn)定存在的二維材料，具有寬帶光響應(yīng)、高載流子遷移率、高熱導(dǎo)率等特性，是制備體積更小、更節(jié)能且傳輸速度更快的電子元件的理想材料。然而，石墨烯獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有“零帶隙”特性，即禁帶寬度為零，無法在施加電場時(shí)以正確的比率實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉，限制了石墨烯在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展?！傲銕丁碧匦砸渤蔀槔_石墨烯研究者數(shù)十年的難題。

　　馬雷團(tuán)隊(duì)采用創(chuàng)新的準(zhǔn)平衡退火方法，嚴(yán)格控制生長環(huán)境的溫度、時(shí)間及氣體流量，制備出超大單層單晶疇半導(dǎo)體外延石墨烯（SEG），即在碳化硅晶圓上外延石墨烯，使其與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，從而具備半導(dǎo)體特性。

　　該研究成果論文顯示，這種石墨烯半導(dǎo)體的帶隙為0.6eV，室溫電子遷移率超過5000cm2/V·s，表現(xiàn)出了十倍于硅的性能。其電子能以更低的阻力移動(dòng)，在電子學(xué)中意味著更快的計(jì)算能力，優(yōu)于目前所有二維晶體至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，是目前唯一具有應(yīng)用于納米電子學(xué)所有必要特性的二維半導(dǎo)體。

　　同時(shí)，該石墨烯半導(dǎo)體具備生長面積大、均勻性高，工藝流程簡單、成本低廉等優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的不足。以該半導(dǎo)體外延石墨烯制備的場效應(yīng)晶體管開關(guān)比高達(dá)104，基本滿足了當(dāng)前的工業(yè)化應(yīng)用需求。

　　值得關(guān)注的是，隨著摩爾定律所預(yù)測的極限日益臨近，這種具有帶隙的半導(dǎo)體石墨烯為高性能電子器件帶來了全新的材料選擇，其突破性的屬性滿足了對(duì)更高計(jì)算速度和微型化集成電子器件不斷增長的需求，不僅為超越傳統(tǒng)硅基技術(shù)的高性能電子器件開辟了新道路，還為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)注入了新動(dòng)力。(記者張心怡 實(shí)習(xí)記者趙宇彤)

　　轉(zhuǎn)自：中國稅務(wù)報(bào)

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