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天津大学团队主导创造首个石墨烯半导体

2024/1/8 9:30:55 材料来源：天津大学精密仪器全国重点实验室

近日，有媒体报道称有研究团队创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体，相关论文发表在权威期刊Nature杂志上。

上述报道所述论文名为“Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”（《上的超高迁移率半导体外延石墨烯》），论文的共同第一作者赵健、纪佩璇、李雅奇、李睿四人以及其余多位署名作者主要来自中国天津大学研究团队，同时也有美国佐治亚理工学院的研究人员。

经采访，团队指导教师天津大学讲席教授，天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心执行主任、精仪全重教授马雷指出，该研究以天津大学团队为主导，并非网传由外国高校主导。

马雷告诉记者，该研究成果发现于2021年下半年，上述论文成文于2022年。研究由文章的署名作者之一 Walt A. de Heer提点研究方向，马雷带领的中国研究团队承担了主要的研究和攻关工作。他同时告诉记者，这应该是第一个石墨烯制成的功能半导体。

根据论文摘要，马雷研究团队使用特殊熔炉在由有机薄膜覆盖的晶圆上生长石墨烯时生产了大面积单晶类石墨烯材料，这是一种在晶面上生长的物质，结构外延石墨烯几乎一样但是没有较好的导电性。研究发现，这是典型的半导体特性即所谓的半导体石墨烯。测量表明，它在室温具有硅的10倍以上的迁移率。

马雷团队的研究发现，当硅从晶体表面蒸发时，富碳表面会结晶产生石墨烯多层膜。在的硅端面形成的第一个石墨层是与表面部分共价键合的绝缘外石墨烯层。对这一缓冲层的光谱测量显示出半导体特征，但由于无序，该层的迁移率受到限制。

该团队继而使用了一种准平衡退火方法，它能在宏观原子平阶上产生了一个有序的缓冲层（SEG）。该层的晶格与基底对齐，它具有化学、机械和热稳定性，可使用传统半导体制造技术进行图案化并与半金属外延石墨烯无缝连接。这些基本特性使 SEG 适用于纳米电子学。

对于石墨烯半导体的应用价值，马雷告诉记者用这种材料如果投入工业应用，在成本基本可比拟现在市面上的半导体制造材料而在性能上则将更加优越。

不过该项研究距离工业化落地还尚远。“我估计还要10到15年，才能真正能看到石墨烯半导体完全落地。”马雷指出。记者了解到，当前马雷和他的团队正在努力尝试让石墨烯半导体材料长在更大尺寸的衬底上。

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