石墨烯突破零带隙：迈向功能半导体的新篇章

来源：天津大学官网、分析百科测试网| 发布日期：2024-01-10 18:00:02 浏览量：

石墨烯一直备受瞩目，但其零带隙属性长期阻碍了其在半导体领域的应用。然而，佐治亚理工学院的沃尔特·德·希尔教授及天津大学马雷教授团队最近创造了历史性突破，成功制造出世界首个功能半导体石墨烯。

该团队在碳化硅（SiC）晶圆上生长石墨烯时取得突破。他们制造了一种外延石墨烯，这是在碳化硅晶面上生长的单层石墨烯。研究发现，当石墨烯制造得当时，它会与碳化硅发生化学键合，并展现出半导体特性。

这一成果被发表在《自然》杂志上，被认为是开启石墨烯芯片制造领域大门的重要里程碑。这一突破意味着石墨烯的带隙从“0”成功实现向“1”的转变，为电子学带来了崭新的可能性。

石墨烯作为单层二维晶体，由碳原子以六角形排列组成，呈蜂巢晶格结构。尽管其特性如超薄、超轻、超强等在科学界已为人熟知，但其带隙为零一直是制约其应用的瓶颈。此次突破，实现了石墨烯从导体到半导体的转变，为其在多个领域的应用打开了新的大门。

石墨烯被誉为电子学的“天才”，其电性能远超其他二维半导体。拥有超高的电荷载流子迁移率、双极场效应、出色的导热性能等特性，使得石墨烯在纳米带晶体管、气体传感器、超级电容器和透明导电电极等领域具备强大的应用潜力。

这种半导体石墨烯的电子迁移率远超硅材料，具有约600 meV带隙和高达5500cm2V-1s-1的室温霍尔迁移率，是目前所有二维晶体中最优异的之一。这项研究的三大技术革新，包括创新的准平衡退火方法、高质量的半导体外延石墨烯（SEG）制备和高性能的场效应晶体管开关，使其在工业应用上表现出令人瞩目的性能。

尽管长期以来，石墨烯被指存在过度炒作的情况，但其成功打破零带隙这一难题，为其在集成电路、场效应管、大功率LED散热、可穿戴电子器件和化学传感器等多个领域的应用提供了新的可能性。虽然石墨烯半导体具有潜在优势，但并不意味着取代硅技术，而是为半导体制造和下游产品提供更多选择。

石墨烯突破零带隙：迈向功能半导体的新篇章