天津大学团队成功研发制造全球首例功能性石墨烯半导体

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本站 1 月 4 日消息，据第一财经报道，近日有研究团队创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体，相关论文发表在权威期刊 Nature 杂志上。该论文名为“Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”（《碳化硅上的超高迁移率半导体外延石墨烯》），论文的共同第一作者赵健、纪佩璇、李雅奇、李睿四人以及其余多位署名作者主要来自中国天津大学研究团队，同时也有美国佐治亚理工学院的研究人员。

团队指导教师天津大学讲席教授，天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心执行主任马雷表示，该研究由天津大学团队主导，而非外国高校主导，这一点与网上传闻不同。研究成果是在2021年下半年发现的，相应的论文则在2022年成文。研究方向是由署名作者之一Walt A. de Heer提出的，而中国研究团队由马雷带领，承担了主要的研究和攻关工作。

本站注意到，这一发现恰逢其时，现今的电子器件大多由硅制成，然而随着计算速度的不断提升和器件尺寸的不断缩小，硅正接近其极限。由石墨烯制成的半导体，与传统的硅半导体相比，具有诸多优势，兼容现有微电子加工工艺，是可替代硅的理想材料。

研究团队成功地利用特殊熔炉在碳化硅晶片上生长了石墨烯，这一突破性进展。他们制备了一种称为外延石墨烯的材料，它是在碳化硅晶体表面生长的单层石墨烯。研究人员发现，当外延石墨烯制备得当时，它能够与碳化硅形成化学键，并开始形成石墨烯制成的半导体材料。

根据该团队的测量，他们发现石墨烯半导体的迁移率是硅的10倍，这意味着电子在其内部以极低的电阻移动。这样的特性将带来更快的计算速度和更高效的电子传输。

不过马雷博士表示，尽管研究进展很大，但将石墨烯半导体应用于工业化还需要较长时间。他预计，还需要10到15年的时间，才能真正实现石墨烯半导体的商业化落地。目前，马雷博士和他的团队正在努力将石墨烯半导体材料扩展到更大尺寸的碳化硅衬底上。

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