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天津大学半导体石墨烯研究获突破

文章来源：中化新网更新时间：2024-01-11 15:06:10

中化新网讯天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心马雷教授及其研究团队在半导体石墨烯领域取得了突破性进展。该团队攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，实现了“从0到1”的突破。这一突破被认为是开启石墨烯芯片制造领域大门的重要里程碑。该项成果已于1月3日在《自然》杂志在线发布。

　　作为首个被发现可在室温下稳定存在的二维材料，石墨烯独特的狄拉克锥能带结构，导致了零带隙的特性。而零带隙特性正是困扰石墨烯研究者数十年的难题。如何打开带隙，成为开启石墨烯电子学大门的“关键钥匙”。

　　马雷研究团队通过对外延石墨烯生长过程的精确调控，成功地在石墨烯中引入了带隙，创造了一种新型稳定的半导体石墨烯。这项前沿科技通过对生长环境的温度、时间及气体流量进行严格控制，确保了碳原子在碳化硅衬底上能形成高度有序的结构。这种半导体石墨烯的电子迁移率远超硅材料，表现出了十倍于硅的性能，并且拥有硅材料所不具备的独特性质。

　　该项研究实现了三方面技术革新。第一，采用创新的准平衡退火方法，该方法制备的超大单层单晶畴半导体外延石墨烯，具有生长面积大、均匀性高、工艺流程简单、成本低廉等优势，弥补了传统生产工艺的不足。第二，该方法制备的半导体石墨烯拥有约600meV带隙以及高达5500cm²/(V·s)的室温霍尔迁移率，优于目前所有二维晶体至少一个数量级。第三，以该半导体外延石墨烯制备的场效应晶体管开关比高达104，基本满足了现在的工业化应用需求。

　　在此项研究中，具有带隙的半导体石墨烯为高性能电子器件带来了全新的材料选择。这种半导体材料的发展不仅为超越传统硅基技术的高性能电子器件开辟了新道路，还为整个半导体行业注入了新动力。业内专家表示，随着摩尔定律所预测的极限日益临近，半导体石墨烯的出现恰逢其时，预示着电子学领域即将迎来一场根本性变革，其突破性的属性满足了对更高计算速度和微型化集成电子器件不断增长的需求。

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