美国开发出高性能双层石墨烯晶体管的新型快速合成技术

美国加州大学圣巴巴拉分校研究人员与莱斯大学合作，最近展示了可实现大面积Bernal型（或AB型）堆叠双层石墨烯薄膜的新技术，此技术为数字电子技术和透明导体应用开辟新途径。

本次进展还首次验证了一个双层石墨烯双栅场效应晶体管（FET），显示出所记录的开/关晶体管开关比和载流子迁移率可推动未来超低功耗和低成本电子产品开发。石墨烯是已知最薄（每层0.5nm）的2维原子晶体，因为具有良好的电和热性能，以及电子学和光子学的应用潜力，已引起广泛关注。然而，许多应用都受到石墨烯零带隙的限制，导致晶体管泄漏不适合用作数字电子产品。

加州大学圣巴巴拉分校电子和计算机工程系教授、纳米电子研究实验室主任Kaustav Banerjee解释说：“除了它所具有的原子级平滑表面，如果两层可以沿着一定的（Bernal或AB）方向对齐，通过创建两层之间的电势差，可在双层石墨烯上建立0.25eV的带隙，从而打破固有对称性。”Banerjee补充道，“双栅晶体管被专门设计以允许通过一个栅极在层之间建立电势差，而另一栅极调制沟道的载流子”。他们的研究结果最近发表在《材料化学》。

以920℃相对低的温度在一种精心设计双功能（Cu:Ni）合金表面以确定的方式生长石墨烯薄膜，可在几分钟内完成对一个大面积（>3英寸×3英寸）Bernal（或AB）堆叠双层石墨烯生长的验证，并达到近100％的覆盖面积。双层石墨烯薄膜具有高达3450cm2/（V*s）的电子迁移率，可与剥离法制双层石墨烯相媲美，从而证实非常高的质量。通过对具有开/关比记录的高性能FET验证而进一步证实生长石墨烯的质量。开/关比是低功耗数字电子产品的关键要求。

（工业和信息化部电子科学技术情报研究所  黄庆红）