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上海微系統所石墨烯單晶晶圓研究獲進展

發布時間:2020/6/28编辑:Ma Liang 人氣:773



阿儀網 實驗室動態】近日,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室在高迁移率的石墨烯单晶晶圆研究方面取得进展,相关研究成果以Wafer-scale growth of single-crystal graphene on vicinal Ge(001) substrate为题,发表在Nano Today上。

  單晶石墨烯由于其超高的載流子遷移率,被認爲是後矽CMOS時代最具潛力的溝道材料之一,直接在CMOS技術兼容的襯底上制備單晶石墨烯晶圓是石墨烯走向微電子應用的基礎,目前依然存在挑戰。然而,工業界主流的CMOS技術基于(001)晶面矽晶圓,這意味著相較于(110)晶面的鍺晶圓,(001)晶面的鍺晶圓與CMOS工藝的兼容性更強。然而,通常(001)晶面鍺上生長的石墨烯晶疇取向無法控制,晶疇合並形成的石墨烯晶圓含有大量晶界,無法獲得石墨烯單晶晶圓烯,影響石墨烯在微電子領域的潛在應用。

  上海微系統所研究人員發現,選用10o以上斜切角度的(001)晶面鍺作爲石墨烯的生長襯底,可以獲得單一取向的石墨烯晶疇。通過將這些取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接,研究人員在15o切角(001)晶面鍺襯底表面制備出高遷移率的單晶石墨烯晶圓。實驗結果和理論計算表明,石墨烯晶疇的形核取向與鍺襯底的斜切角度緊密關聯。同時,研究人員利用原子力顯微鏡對石墨烯生長行爲進行連續觀察,結果表明,15o切角(001)晶面鍺襯底表面上沿著斜切方向的石墨烯的形核被抑制,而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影響。整個石墨烯生長過程中,無新的石墨烯形核産生,單晶石墨烯晶圓的制備是由取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接而成的。通過此技術制備出的單晶石墨烯晶圓展現出超高的載流子遷移率,有望對石墨烯納米電子器件的大規模研制提供材料支撐。

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