天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心馬雷教授團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體石墨烯領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展，攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，成功制備出高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯，表現(xiàn)出了10倍于硅的性能。

《自然》雜志網(wǎng)站目前以《碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》為題在線發(fā)布了這一研究成果。

石墨烯，是首個被發(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(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。但是其特有的零帶隙的結(jié)構(gòu)，是困擾石墨烯研究者數(shù)十年的難題。如何打開帶隙是開啟“石墨烯電子學(xué)”大門的“關(guān)鍵鑰匙”。

馬雷教授研究團(tuán)隊(duì)通過對外延石墨烯生長過程的精確調(diào)控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創(chuàng)造了一種新型穩(wěn)定的半導(dǎo)體石墨烯。這項(xiàng)科技通過對生長環(huán)境的溫度、時間及氣體流量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保了碳原子在碳化硅襯底上能形成高度有序的結(jié)構(gòu)。這種半導(dǎo)體石墨烯不僅具有帶隙，在室溫下也擁有遠(yuǎn)超過硅材料的電子遷移率，并且擁有硅材料所不具備的獨(dú)特性質(zhì)。

據(jù)介紹，該項(xiàng)研究采用創(chuàng)新的準(zhǔn)平衡退火方法制備的超大單層單晶疇半導(dǎo)體外延石墨烯，具有生長面積大、均勻性高、工藝流程簡單、成本低廉等優(yōu)勢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的不足,其室溫遷移率優(yōu)于目前所有單層晶體至少一個數(shù)量級，基本滿足了工業(yè)化應(yīng)用需求。