天津大學石墨烯研究取得突破

本報訊（通訊員 劉延俊 記者 陳欣然）天津大學天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心教授馬雷及其科研團隊，日前在半導(dǎo)體石墨烯領(lǐng)域取得了重要進展。該團隊的研究成果“碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯”，成功攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，打開了石墨烯帶隙，實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破，這一突破被認為是開啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門的重要里程碑。該項成果已于近日在《自然》雜志網(wǎng)站上在線發(fā)布。

石墨烯，作為首個被發(fā)現(xiàn)可在室溫下穩(wěn)定存在的二維材料，其獨特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了零帶隙的特性。零帶隙特性正是困擾石墨烯研究者數(shù)十年的難題。如何打開帶隙，成為開啟“石墨烯電子學”大門的“關(guān)鍵鑰匙”。

天津大學天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心教授馬雷及其科研團隊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。這項前沿科技通過對生長環(huán)境的溫度、時間及氣體流量進行嚴格控制，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)體石墨烯的電子遷移率遠超硅材料，表現(xiàn)出了十倍于硅的性能，并且擁有硅材料所不具備的獨特性質(zhì)。

在本次天津大學天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心的突破性研究中，具有帶隙的半導(dǎo)體石墨烯為高性能電子器件帶來了全新的材料選擇。這種半導(dǎo)體的發(fā)展不僅為超越傳統(tǒng)硅基技術(shù)的高性能電子器件開辟了新道路，還為整個半導(dǎo)體行業(yè)注入了新動力。隨著摩爾定律所預(yù)測的極限日益臨近，半導(dǎo)體石墨烯的出現(xiàn)恰逢其時，預(yù)示著電子學領(lǐng)域即將迎來一場根本性的變革，其突破性的屬性滿足了對更高計算速度和微型化集成電子器件不斷增長的需求。

《中國教育報》2024年01月27日第1版