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石墨烯突破零帶隙:邁向功能半導(dǎo)體的新篇章

來源:天津大學(xué)官網(wǎng)、分析百科測試網(wǎng)| 發(fā)布日期:2024-01-10 18:00:02 瀏覽量:

石墨烯一直備受矚目,但其零帶隙屬性長期阻礙了其在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用。然而,佐治亞理工學(xué)院的沃爾特·德·希爾教授及天津大學(xué)馬雷教授團隊最近創(chuàng)造了歷史性突破,成功制造出世界首個功能半導(dǎo)體石墨烯。

該團隊在碳化硅(SiC)晶圓上生長石墨烯時取得突破。他們制造了一種外延石墨烯,這是在碳化硅晶面上生長的單層石墨烯。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)石墨烯制造得當(dāng)時,它會與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合,并展現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。

這一成果被發(fā)表在《自然》雜志上,被認為是開啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門的重要里程碑。這一突破意味著石墨烯的帶隙從“0”成功實現(xiàn)向“1”的轉(zhuǎn)變,為電子學(xué)帶來了嶄新的可能性。

石墨烯作為單層二維晶體,由碳原子以六角形排列組成,呈蜂巢晶格結(jié)構(gòu)。盡管其特性如超薄、超輕、超強等在科學(xué)界已為人熟知,但其帶隙為零一直是制約其應(yīng)用的瓶頸。此次突破,實現(xiàn)了石墨烯從導(dǎo)體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變,為其在多個領(lǐng)域的應(yīng)用打開了新的大門。

石墨烯被譽為電子學(xué)的“天才”,其電性能遠超其他二維半導(dǎo)體。擁有超高的電荷載流子遷移率、雙極場效應(yīng)、出色的導(dǎo)熱性能等特性,使得石墨烯在納米帶晶體管、氣體傳感器、超級電容器和透明導(dǎo)電電極等領(lǐng)域具備強大的應(yīng)用潛力。

這種半導(dǎo)體石墨烯的電子遷移率遠超硅材料,具有約600 meV帶隙和高達5500cm2V-1s-1的室溫霍爾遷移率,是目前所有二維晶體中最優(yōu)異的之一。這項研究的三大技術(shù)革新,包括創(chuàng)新的準平衡退火方法、高質(zhì)量的半導(dǎo)體外延石墨烯(SEG)制備和高性能的場效應(yīng)晶體管開關(guān),使其在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)出令人矚目的性能。

盡管長期以來,石墨烯被指存在過度炒作的情況,但其成功打破零帶隙這一難題,為其在集成電路、場效應(yīng)管、大功率LED散熱、可穿戴電子器件和化學(xué)傳感器等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性。雖然石墨烯半導(dǎo)體具有潛在優(yōu)勢,但并不意味著取代硅技術(shù),而是為半導(dǎo)體制造和下游產(chǎn)品提供更多選擇。

石墨烯突破零帶隙:邁向功能半導(dǎo)體的新篇章

這一突破預(yù)示著電子學(xué)領(lǐng)域即將迎來一場根本性的變革。石墨烯作為新型功能半導(dǎo)體,將極大推動電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,并為未來的科技創(chuàng)新開辟更加廣闊的前景。如需電子元器件、申請樣片測試、BOM配單等需求,請加客服微信:13310830171。

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