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                  重大突破!首個(gè)石墨烯制成的功能半導(dǎo)體問(wèn)世

                  2024-01-30 11:07:00

                  來(lái)源:人民網(wǎng)-教育頻道

                  人民網(wǎng)北京1月30日電 (記者李依環(huán))記者從天津大學(xué)獲悉,該校天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國(guó)際研究中心教授馬雷及其科研團(tuán)隊(duì),日前在半導(dǎo)體石墨烯領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的研究成果《碳化硅上生長(zhǎng)的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》,已于1月3日在《自然》雜志網(wǎng)站上在線(xiàn)發(fā)布。

                  據(jù)悉,該研究成果成功地攻克了長(zhǎng)期以來(lái)阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題,打開(kāi)了石墨烯帶隙,實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。這一突破被認(rèn)為是開(kāi)啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門(mén)的重要里程碑。

                  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,其獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了零帶隙的特性。“零帶隙”特性正是困擾石墨烯研究者數(shù)十年的難題。如何打開(kāi)帶隙,成為開(kāi)啟“石墨烯電子學(xué)”大門(mén)的“關(guān)鍵鑰匙”。

                  天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國(guó)際研究中心教授馬雷研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)外延石墨烯生長(zhǎng)過(guò)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。這項(xiàng)前沿科技通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、時(shí)間及氣體流量進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保了碳原子在碳化硅襯底上能形成高度有序的結(jié)構(gòu)。這種半導(dǎo)體石墨烯的電子遷移率遠(yuǎn)超硅材料,表現(xiàn)出了十倍于硅的性能,并且擁有硅材料所不具備的獨(dú)特性質(zhì)。

                  該項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了三方面技術(shù)革新,首先,采用創(chuàng)新的準(zhǔn)平衡退火方法,該方法制備的超大單層單晶疇半導(dǎo)體外延石墨烯(SEG),具有生長(zhǎng)面積大、均勻性高,工藝流程簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的不足;第二,該方法制備的半導(dǎo)體石墨烯,擁有約600 meV帶隙以及高達(dá)5500 cm2V-1s-1的室溫霍爾遷移率,優(yōu)于目前所有二維晶體至少一個(gè)數(shù)量級(jí);最后,以該半導(dǎo)體外延石墨烯制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)比高達(dá)104,基本滿(mǎn)足了現(xiàn)在的工業(yè)化應(yīng)用需求。

                  據(jù)介紹,在本次天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國(guó)際研究中心的突破性研究中,具有帶隙的半導(dǎo)體石墨烯為高性能電子器件帶來(lái)了全新的材料選擇。這種半導(dǎo)體的發(fā)展不僅為超越傳統(tǒng)硅基技術(shù)的高性能電子器件開(kāi)辟了新道路,還為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)注入了新動(dòng)力。隨著摩爾定律所預(yù)測(cè)的極限日益臨近,半導(dǎo)體石墨烯的出現(xiàn)恰逢其時(shí),預(yù)示著電子學(xué)領(lǐng)域即將迎來(lái)一場(chǎng)根本性的變革,其突破性的屬性滿(mǎn)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(zhǎng)的需求。

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