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新技术用低成本把石墨烯变半导体

上网日期: 2015年08月18日 ?? 作者: R. Colin Johnson ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:石墨烯? 纳米带? 半导体?

石墨烯本身缺乏能隙(bandgap),使其得以展现超过每伏特每秒15,000平方公分(cm2/Vs) 的惊人速度,比硅晶更快10倍,但却也只能作为导体使用。而今,由美国威斯康辛大学(University of Wisconsin)教授Michael Arnold带领的研究团队以及阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究人员们,发现一种可用于生长半导体石墨烯带(graphene ribbon)及客制其能隙的新技术。

“我们已经找到一种方法可生长不到10nm宽的半导体石墨烯带,它具有扶手型边缘(armchair edge),可经由控制纳米带宽度实现各种不同的能隙,”Arnold解释。

“扶手型边缘”石墨烯纳米带沈积于锗基板上的示意图《电子工程专辑》
“扶手型边缘”石墨烯纳米带沈积于锗基板上的示意图
Source:University of Wisconsin

研究人员早已知道在石墨烯带利用扶手型边缘取代锯齿型边缘,可望为其打开能隙,使其从导体变成一种半导体。然而,时至今日,生长石墨烯最简单的方法是在铜金属上进行,然后再将其移植到硅基板上蚀刻成带状。Arnold的研究团队最主要的发现是能够直接在低成本的锗表面上更轻易地生长扶手型边缘的石墨烯带,从而使其成为一种较硅晶更快10倍的客制半导体。

沉积于锗基板的窄纳米带特写(虚线用于显示纳米带边缘)《电子工程专辑》
沉积于锗基板的窄纳米带特写(虚线用于显示纳米带边缘)
Source:University of Wisconsin

“我 认为威斯康辛大学的研究成果传达了这样的一个信息:你并不需要拥有像英特尔(Intel)或IBM的资源,也能在石墨烯上实现突破性进展,”The Envisioneering Group研究总监Richard Doherty表示:“在材料科学方面,还有许多值得我们学习之处,而化学与石墨烯的布局或许还有更多需要进一步的探索。”

锗晶圆比硅晶圆更便宜,让Arnold及其研究团队决定直接在锗晶圆上生长原子级的石墨烯薄层,但根据Arnold指出,利用化学气相沉积(CVD)先在锗单层上沈积,也可以在硅晶圆上取得相同的结果。

“其关键在于锗与石墨烯之间的晶格匹配,使得利用标准CVD也能轻松生长箭头直线型的石墨烯带,”Arnold表示。

三张渐进视图显示石墨烯纳米带彼此之间如何仅相互垂直生长与形成。《电子工程专辑》
三张渐进视图显示石墨烯纳米带彼此之间如何仅相互垂直生长与形成。
Source:University of Wisconsin

Arnold 的团队还发现了一个奇怪的现象:在利用CVD途径时,石墨烯纳米带似乎会以随机的方式生长,全部采任一方向或彼此垂直的方式生长(如上图)。现在,研究人 员想找到能够限制在电路位置精确启动纳米带集结生长的方式。为了实现这个目标,研究团队想知道石墨烯为什么以及如何挑选特定位置开始生长;此外,他们也打算利用这些知识打造像石墨烯晶体管传感器与光电组件等复杂的电路。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载







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