IBM研究人员发现石墨烯新用途

世界上几乎所有的半导体技术研究机构都在尝试制造单层石墨烯(graphene)，并将其视为优于硅的新一代IC材料；不过现在IBM 的研究人员却发现石墨烯材料的另一种优势──能大幅降低采用氮化镓(gallium nitride，GaN)制造的蓝光LED成本。

“我们在利用碳化硅(SiC)晶圆片所形成的晶圆尺寸石墨烯上，长出了单晶GaN薄膜；”自称“发明大师(Master Inventor)”的IBM T.J. Watson研究中心成员Jeehwan Kim表示：“然后整片GaN薄膜被转移到硅基板上，石墨烯则仍留在SiC晶圆片上重复使用，再继续长出GaN薄膜、转移薄膜的程序。”

他指出，比起采用昂贵的SiC或蓝宝石晶圆片、且只能单次使用以长出GaN 薄膜的传统方式，这种新方法的成本效益要高出许多，而且他们发现以新方法在石墨烯上长出的薄膜质量，高于采用其他基板长出的薄膜(缺陷密度较低)。

IBM研究人员发现，先在SiC晶圆片上长出石墨烯，再于其上长出GaN薄膜，随后将该GaN薄膜转移至硅基板上，能大幅降低目前以单次使用SiC基板方式制作的GaN蓝光LED的成本

（来源：IBM）

要长出晶圆尺寸的单层石墨烯薄膜非常具挑战性，为了利用石墨烯制造IC半导体组件，专家们在过去尝试了许多不同的方法，可惜只有部分取得成功；目前发现采用SiC晶圆片、然后将硅汽化(boiling off)，是最可靠的方法之一。

而IBM的Kim证实，将SiC晶圆片的硅汽化之后，所留下的石墨烯薄膜能稳妥地转移至硅基板上；此外他们也证实，这种方式产出的石墨烯质量，优于直接在要运用石墨烯的晶圆片上所生长的石墨烯品质。

至于在石墨烯上长出其他薄膜，又为该种材料开辟了一种新应用途径；Kim将他开发的技术称为「在磊晶石墨烯上生长高质量单晶GaN薄膜的直接凡德瓦磊晶法(direct van der Waals epitaxy)」。他声称，以这种方式生长的GaN薄膜或是其他薄膜，可随意移植到任何一种基板上，支持例如蓝光LED等组件的制造。

由于Kim的实验室以上述方法制作的蓝光LED用GaN薄膜，是成功重复利用SiC晶圆片上的石墨烯长成，他们认为这是可利用石墨烯大幅降低半导体组件制造成本的全新方式：“我们首度证实能在石墨烯上生长晶圆尺寸的单晶薄膜，而且石墨烯还能重复利用；此外我们的研发成果也为在石墨烯上生长高质量单晶半导体组件提供了一个通用准则。”

将SiC晶圆片的硅汽化之后，能剥离出单层石墨烯，并将之转移到任何一种基板上，例如结晶硅

（来源：IBM）

因为在将生长于其上的薄膜剥离后，完整的石墨烯层并没有被破坏，Kim也尝试在该完美结晶石墨烯基板上生长其他种类的半导体组件，然后再将之转移到其他地方，例如软性基板；他表示，这种技术有机会催生高频晶体管、光探测器、生物传感器以及其他“后硅时代”组件，IBM已经为此在接下来五年投资30亿美元。

编译：Judith Cheng

(参考原文：IBM Conquers Wafer-Scale Graphene，by R. Colin Johnson)