”芯“成果——碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯

2024年1月3日，一篇名為《碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）研究論文發(fā)表在《Nature》上。該項科技成果是由天津大學的納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心主導(dǎo)（Tianjin International Center for Nanoparticles and Nanosystems，簡稱TICNN），與佐治亞理工學院物理學院的科研團隊共同合作完成。

TICNN目前主要研究領(lǐng)域涉及石墨烯電子學及其它二維材料的相關(guān)物理、化學和材料科學研究以及團簇物理研究和相關(guān)的科研儀器研發(fā)。

自從2004年單層石墨烯被分離出來起，關(guān)于二維石墨烯的研究爆炸性增長。石墨烯具有非常優(yōu)異的性質(zhì)（首個被發(fā)現(xiàn)可在室溫下穩(wěn)定存在的由單層原子或分子組成的晶體，具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性），在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，被認為是一種未來革命性的材料，然而其零帶隙特性使得它在電子元件中的應(yīng)用受到了限制?？蒲腥藛T用20年時間終于成功地攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題——打開了石墨烯帶隙！

外延石墨烯是一種超高純石墨烯，它是在感應(yīng)加熱爐中將碳化硅單晶加熱到高溫后在碳化硅表面生長形成的。外延石墨烯納米電子學可充分利用電子的波動性，因此極有可能成為未來量子計算硬件制造所需的理想材料。同時，外延石墨烯電子學器件還具有遠低于傳統(tǒng)硅電子學器件的功耗（具有比硅高10倍的遷移率），及顯著提高的運行速度。其最為工業(yè)界矚目的一大特點是外延石墨烯納米電子學器件可在傳統(tǒng)器件工藝基礎(chǔ)上稍加改進即直接投入生產(chǎn)，無需再額外開發(fā)全新的制備工藝。因此，外延石墨烯納米電子學器件具有極大的實用價值和推廣潛力。

碳化硅上生長的外延石墨烯制成的功能半導(dǎo)體，可以應(yīng)用于更小、更快的電子設(shè)備，并可能用于量子計算。因此，這一突破被認為是開啟了“石墨烯納米電子學”大門，是石墨烯芯片制造領(lǐng)域的重要里程碑！

《參考消息》評價——根本性變革或?qū)⒌絹恚?/p>

佐治亞理工學院的Walt de Heer說——這是“萊特兄弟時刻”！

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審核編輯 黃宇