天津大學團隊成功製造了首個功能半導體石墨烯

本站 1 月 4 日消息，根據第一財經報道，近日有研究團隊創造了世界上第一個由石墨烯製成的功能半導體，相關論文發表在權威期刊 Nature 雜誌上。論文名為「Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide」（《碳化矽上的超高遷移率半導體外延石墨烯》），論文的共同第一作者趙健、紀佩璇、李雅奇、李睿四人以及其餘多位署名作者主要來自中國天津大學研究團隊，同時也有美國喬治亞理工學院的研究人員。

團隊指導教師天津大學講席教授，天津奈米顆粒與奈米系統國際研究中心執行長馬雷表示，該研究由天津大學團隊主導，而非外國高校主導，這點與網路傳聞不同。研究成果是在2021年下半年發現的，相應的論文則在2022年成文。研究方向是由署名作者之一Walt A. de Heer提出的，而中國研究團隊由馬雷帶領，承擔了主要的研究和攻關工作。

本站注意到，這項發現恰逢其時，現今的電子裝置大多由矽製成，然而隨著計算速度的不斷提升和裝置尺寸的不斷縮小，矽正接近其極限。由石墨烯製成的半導體，與傳統的矽半導體相比，具有許多優勢，相容於現有微電子加工工藝，是可取代矽的理想材料。

研究團隊成功地利用特殊熔爐在碳化矽晶片上生長了石墨烯，這一突破性進展。他們製備了一種稱為外延石墨烯的材料，它是在碳化矽晶體表面生長的單層石墨烯。研究人員發現，當外延石墨烯製備得當時，它能夠與碳化矽形成化學鍵，並開始形成石墨烯製成的半導體材料。

根據團隊的測量，他們發現石墨烯半導體的遷移率是矽的10倍，這意味著電子在其內部以極低的電阻移動。這樣的特性將帶來更快的運算速度和更有效率的電子傳輸。

不過馬雷博士表示，儘管研究進展很大，但將石墨烯半導體應用於工業化還需要較長時間。他預計，還需要10到15年的時間，才能真正實現石墨烯半導體的商業化落地。目前，馬雷博士和他的團隊正在努力將石墨烯半導體材料擴展到更大尺寸的碳化矽基板上。

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