研究透视：天津大学马雷/Walt A. de Heer | Nature | 石墨烯

在石墨烯纳米电子学中，半导体石墨烯Semiconducting graphene发挥着重要的作用，因为石墨烯没有本征带隙。在过去的二十年里，通过量子限域或化学功能化，用以改变带隙的尝试，都未能产生可行的半导体石墨烯。

今日，天津大学Jian Zhao, Peixuan Ji, Yaqi Li, Rui Li，马雷Lei Ma & Walt A. de Heer等，在Nature上发文，证明了在单晶碳化硅衬底上，半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene (SEG)，具有0.6eV带隙和超过5,000cm²V⁻¹s⁻¹室温迁移率，这比硅迁移率大10倍，比其他二维半导体的迁移率大20倍。

众所周知，当硅从碳化硅晶体表面蒸发时，富碳表面结晶产生多层石墨烯。在SiC硅端接面上，形成的第一石墨层是部分共价键合到SiC表面的绝缘表层石墨烯层。该缓冲层的光谱测量显示了半导体特征，但是该层的迁移率因其无序而受到限制。

该项研究，演示了一种准平衡退火方法，在宏观原子级平台上产生半导体外延石墨烯SEG（即有序缓冲层）。半导体外延石墨烯SEG晶格与SiC衬底对准。并呈现较好的化学、力学和热学性能，并且可以使用传统的半导体制造技术，将其图案化并无缝连接到半金属表层石墨烯epigraphene上。这些基本特性使半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG适用于纳米电子学。

图1: 半导体外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG制备。

图2:半导体外延石墨烯SEG表征显示了高度覆盖的有序、无石墨烯、晶体学排列的SEG，具有明确定义的带隙。

图3: 氧涂层SEG霍尔棒的传输特性。

图4: 预测的SEG场效应特性。

文献链接

Zhao, J., Ji, P., Li, Y. et al. Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide. Nature 625, 60–65 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06811-0

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06811-0

本文译自Nature。