天津大学纳米中心石墨烯研究取得新进展

据天津大学新闻发言人1月5日透露，该校纳米中心在半导体石墨烯领域取得突破性成果。由天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心（以下简称：纳米中心）领衔的马雷教授与美国佐治亚理工学院共同研发小组，成功破解了石墨烯电子学领域长久以来难以克服的技术壁垒——在半导体石墨烯领域取得重大突破。他们的研究成果《碳化硅上生长的超高迁移率半导体外延石墨烯》首次开启了半导体石墨烯的带隙，实现从“0”到“1”的飞跃性进步，被专家视为引领未来石墨烯芯片制造业的重要契机。

特异的二维材料石墨烯，由于其狄拉克锥能带结构呈现为零带隙特性，至今仍是诸多科学家们面对的挑战。然而，马雷教授领军的科研团队，在对外延石墨烯生长过程进行精密调整后，成功构筑了新型稳定半导体石墨烯。这种半导体石墨烯的电子迁移速度远超硅材料，性能提升达十倍之多，且还具备了硅材料所不具备的特性。

根据天津大学消息，此次研究成果主要有三大核心技术创新点：

首先，运用新颖的准平衡退火方法，成功制备出大面积、均匀性强的超大单层单晶畴半导体外延石墨烯（SEG），这种新型材料的制备工艺简单可控，成本低廉，填补了传统工艺的短板；

其次，采用此方法制备得到的半导体石墨烯，有望达到近600 meV的带隙和高达5500 cm2 V-1 s-1的室温霍尔迁移率，这两项指标均比当前已知的二维晶体高出至少一个数量级；

最后，利用该半导体外延石墨烯制作出的场效应晶体管，开关比可达104，已经基本能满足工业应用需要。

值得一提的是，该项研究成果（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）已于今年1月3日发表于知名学术期刊《自然》（Nature）的网络版。