老牌985，发2024年首篇Nature！
2024-01-16
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由于石墨烯缺乏固有带隙，半导体石墨烯在石墨烯纳米电子学中起着重要的作用。在过去的二十年中，通过量子限制或化学官能化来改变带隙的尝试都未能产生可行的半导体石墨烯。 2024年1月3日，天津大学马雷及Walt A. de Heer共同通讯（赵健，纪佩璇，李雅奇和李睿为共同第一作者）在Nature 在线发表题为“Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”的研究论文，该研究发现单晶硅衬底上的半导体外延石墨烯(SEG)具有0.6 eV的带隙和超过5000 cm2 V−1 s−1的室温迁移率，是硅的10倍，是其他二维半导体的20倍。众所周知，当硅从碳化硅晶体表面蒸发时，富含碳的表面结晶生成石墨烯多层。 在SiC的硅端面上形成的第一石墨层是部分共价键合到SiC表面的绝缘石墨烯层。该缓冲层的光谱测量显示出半导体特征，但由于无序，该层的可迁移性受到限制。该研究展示了一种准平衡退火方法，可以在宏观原子上产生SEG(即有序的缓冲层)。SEG晶格与SiC衬底对齐。它具有化学、机械和热稳定性，可以使用传统的半导体制造技术进行图像化和无缝连接到半导体外延石墨烯。这些基本特性使SEG适用于纳米电子学。
该研究展示了一种准平衡生产方法，该方法可以在宏观域上生产高质量的半导体金石烯(SEG)，其带隙为0.6 eV，室温迁移率高达µ= 5,500 cm2 V−1 s−1，这是硅的十倍，是迄今为止报道的任何其他2D半导体理论上可能的20倍。此外，SEG在SiC晶格上以原子方式配准，并使用传统方法进行图案化，使其成为2D纳米电子学的理想平台。总之，SEG为二维纳米电子学提供了机会，在未来具有显著的商业可行性潜力。
论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06811-0
