天津大学半导体石墨烯研究取得重大突破：远超硅材料

集微网消息，据天津大学1月5日消息，天津大学纳米中心半导体石墨烯研究取得新突破。天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心（简称：纳米中心）的马雷教授及其科研团队与美国佐治亚理工学院的研究者，日前在半导体石墨烯领域取得了显著进展。该团队的研究成果《碳化硅上生长的超高迁移率半导体外延石墨烯》，成功地攻克了长期以来阻碍石墨烯电子学发展的关键技术难题，打开了石墨烯带隙，实现了从“0”到“1”的突破，这一突破被认为是开启石墨烯芯片制造领域大门的重要里程碑。

图：世界首个具有功能性的石墨烯半导体芯片

石墨烯作为首个被发现可在室温下稳定存在的二维材料，其独特的狄拉克锥能带结构，导致了零带隙的特性。“零带隙”特性正是困扰石墨烯研究者数十年的难题。如何打开带隙，成为开启“石墨烯电子学”大门的“关键钥匙”。

天津大学的马雷教授研究团队，通过对外延石墨烯生长过程的精确调控，成功地在石墨烯中引入了带隙，创造了一种新型稳定的半导体石墨烯。这项前沿科技通过对生长环境的温度、时间及气体流量进行严格控制，确保了碳原子在碳化硅衬底上能形成高度有序的结构。这种半导体石墨烯的电子迁移率远超硅材料，表现出了十倍于硅的性能，并且拥有硅材料所不具备的独特性质。

以下为官方公布的STM图像、性能数据等：

据官方介绍，该项研究实现了三方面技术革新：

1、采用创新的准平衡退火方法，该方法制备的超大单层单晶畴半导体外延石墨烯（SEG），具有生长面积大、均匀性高，工艺流程简单、成本低廉等优势，弥补了传统生产工艺的不足；

2、该方法制备的半导体石墨烯，拥有约600 meV带隙以及高达5500 cm2V-1s-1的室温霍尔迁移率，优于目前所有二维晶体至少一个数量级；

3、以该半导体外延石墨烯制备的场效应晶体管开关比高达104，基本满足了现在的工业化应用需求。

据了解，该项成果（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）已于2024年1月3日在《自然》（Nature）杂志网站上发布。

（校对/赵月）