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上海微系统所石墨烯单晶晶圆研究获进展

发布时间:2020/6/28编辑:Ma Liang 人气:1732



阿仪网 实验室动态】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。

  单晶石墨烯由于其超高的载流子迁移率,被认为是后硅CMOS时代最具潜力的沟道材料之一,直接在CMOS技术兼容的衬底上制备单晶石墨烯晶圆是石墨烯走向微电子应用的基础,目前依然存在挑战。然而,工业界主流的CMOS技术基于(001)晶面硅晶圆,这意味着相较于(110)晶面的锗晶圆,(001)晶面的锗晶圆与CMOS工艺的兼容性更强。然而,通常(001)晶面锗上生长的石墨烯晶畴取向无法控制,晶畴合并形成的石墨烯晶圆含有大量晶界,无法获得石墨烯单晶晶圆烯,影响石墨烯在微电子领域的潜在应用。

  上海微系统所研究人员发现,选用10o以上斜切角度的(001)晶面锗作为石墨烯的生长衬底,可以获得单一取向的石墨烯晶畴。通过将这些取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接,研究人员在15o切角(001)晶面锗衬底表面制备出高迁移率的单晶石墨烯晶圆。实验结果和理论计算表明,石墨烯晶畴的形核取向与锗衬底的斜切角度紧密关联。同时,研究人员利用原子力显微镜对石墨烯生长行为进行连续观察,结果表明,15o切角(001)晶面锗衬底表面上沿着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响。整个石墨烯生长过程中,无新的石墨烯形核产生,单晶石墨烯晶圆的制备是由取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接而成的。通过此技术制备出的单晶石墨烯晶圆展现出超高的载流子迁移率,有望对石墨烯纳米电子器件的大规模研制提供材料支撑。

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