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上海微系统所等在石墨烯单晶晶圆研究中获进展
发布时间:2020-11-25 17:10    文章作者:易发游戏网站

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

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  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。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。

  研究发现,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。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研制提供材料支撑。

  论文由上海微系统所信息功能材料国家重点实验室与华东师范大学合作完成。上海微系统所直博生李攀林与华东师范大学博士生魏文娅为共同第一作者,上海微系统所研究员狄增峰和华东师范大学教授袁清红为共同通讯作者,上海微系统所为第一完成单位。研究工作得到国家科技重大专项、中科院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会、中科院战略性先导科技专项等的支持。

  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。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。

  研究发现,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。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研制提供材料支撑。

  论文由上海微系统所信息功能材料国家重点实验室与华东师范大学合作完成。上海微系统所直博生李攀林与华东师范大学博士生魏文娅为共同第一作者,上海微系统所研究员狄增峰和华东师范大学教授袁清红为共同通讯作者,上海微系统所为第一完成单位。研究工作得到国家科技重大专项、中科院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金杰出青年基金、上海市科学技术委员会、中科院战略性先导科技专项等的支持。


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