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全球首個石墨烯半導體誕生!性能比矽強 10 倍,科學家解鎖的關鍵是什麼?

據陸媒科技日報及天津大學官網消息,天津大學奈米中心馬雷教授團隊近日在保證石墨烯優良特性的前提下,成功在石墨烯中引入帶隙(band gap),研究成果論文《碳化矽上生長的超高遷移率半導體外延石墨烯》已在 1 月 3 日在線發表於國際期刊《自然》。

這項研究是喬治亞學院沃爾特·德·理工希爾(Walter de Heer)團隊與天津大學馬雷教授團隊合作進行的,並創造了世界上第一個由石墨烯製成的功能半導體(功能石墨烯半導體) 。

突破技術難題,「新材料之王」石墨烯帶來 10 倍性能

據報導,這種半導體石墨烯的電子遷移率遠超矽材料,表現出了十倍於矽的性能,並且擁有矽材料所不具備的獨特性質。

報導指出,這項研究成功地攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技術難題 ,打開了石墨烯帶隙,實現了從「0」到「1」的突破,這一突破被認為是開啟石墨烯晶片製造領域大門的重要里程碑。

過去,石墨烯被譽為「新材料之王」,但其一直存在一個問題:石墨烯沒有正確的帶隙,結構完整的本徵石墨烯的帶隙為零,呈現金屬性。

研究團隊使用特殊熔爐在碳化矽(SiC)晶圓上生長石墨烯時取得突破。 他們生產了外延石墨烯,這是在碳化矽晶面上生長的單層。 研究發現,當製造的當時,外延石墨烯會與碳化矽發生化學鍵合,並開始表現出半導體特性。

根據研究人員的說法,他們想把石墨烯的三個特殊特性引入電子產品內,這樣就可以處理非常大的電流,獲得更高效率,同時溫度不會升高到很離譜的程度。

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石墨烯半導體帶來 3 大技術革新

據報導,這項研究實現了三方面技術革新,首先,採用創新的準平衡退火方法,該方法製備的超大單層單晶疇半導體外延石墨烯(SEG),具有生長面積大、均勻性高,工藝流程 簡單、成本低廉等優勢,彌補了傳統生產過程的不足;第二,該方法製備的半導體石墨烯,擁有約 600 meV 帶隙以及高達 5500cm2V-1s-1 的室溫霍爾遷移率,優於目前所有二維晶體至少一個數量級;最後,以此半導體外延石墨烯製備的場效電晶體開關比高達 104,基本上滿足了現在的工業化應用需求

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*本文經合作夥伴 鉅亨網 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為〈石墨烯半導體問世 科學家稱表現出 10 倍於矽的性能〉。首圖來源:取自 Georgia Tech Research

(責任編輯:廖紹伶)