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                氮化硼“黑金”與“白石墨”的聯姻

                2022-06-11 09:43:01

                相對于人類文明幾千年的存在,薄的二維材料——石墨烯被發現的歷史無疑是短暫的,但其奇妙的物理特性吸引了科研人員的目光。自2004年曼徹斯特的安德烈.海姆小組制備出單層石墨烯以來,石墨烯的一系列特性不斷被人們發現,如的載流子遷移率——理論值達100萬平方厘米 · 伏 ^ -1 · 秒 ^ -1(cm ^ 2·V ^ -1·s ^ -1)、反常量子霍爾效應、室溫量子霍爾效應、質量狄拉克費米子行為,以及的機械強度和熱導率、優異的透光性和導電性、的比表面積等。這些優異的性能使得石墨烯在微電子、傳感器和生物醫學等領域具有廣闊的應用前景,因而石墨烯也被稱為“黑金”。如今,石墨烯等二維材料與器件的研發競爭日趨激烈,國際半導體技術路線圖已經將石墨烯等二維材料列為有望延續摩爾定律的新材料,廣泛應用于集成電路和新型納米電子器件中。未來,由二維晶體構成的二維納米電子器件有望給微電子技術帶來性的變革,甚至有可能動搖占據集成電路主導半個世紀的硅基微電子器件的,并廣泛應用于人們的日常生活中。氮化硼

                六方氮化硼

                以石墨烯為代表的二維材料在替代傳統半導體材料走向微電子領域、應用于大規模集成電路制造的過程中充滿了機遇,同時也面臨著許多亟需解決的重大科學難題。例如石墨烯微電子器件的制備和應用需要較高的載流子遷移率、合適的帶隙、較低的晶內缺陷、平整的表面、較小的電荷雜質濃度、均勻的介質覆蓋等。面對以上難題,六方氮化硼(h-BN)是目前的一種石墨烯器件緣基底。六方氮化硼體材料與石墨是等電子體,具有與其相似的層狀結構,外觀色白,俗稱“白石墨”。其具有與石墨烯相同的層狀六邊形平面結構,具有原子級的平整表面,在面上沒有懸掛鍵,與石墨烯的晶格失配為1.8%,摻雜效應弱,能夠地保持石墨烯的本征物理性質。有報道稱,將石墨烯轉移到六方氮化硼基底上后,測得的電子遷移率比在二氧化硅表面獲得的結果提高了一個數量級。但目前利用化學氣相沉積法制備的六方氮化硼薄膜大多為小晶疇組成的單層,大面積均勻多層氮化硼薄膜的制備技術仍然沒有取得。


                針對以上科學問題,上海微系統與信息技術研究所的研究團隊圍繞“黑金”石墨烯和“白石墨”六方氮化硼材料異質結構與器件應用展開了研究領域,取得了一系列意義重大的研究進展。 


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