上海微系统所发现锗基石墨烯取向生长物理机制

正近期,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI材料与器件课题组在锗基石墨!烯的取向生长机制方面取得进展。课题组研究人员发现衬底表面原子台阶对于石墨烯取向生长的重要性,并且与华东!!师范大学合作借助于第一性原理DFT理论计算分析得到石墨烯单晶畴在(110)晶面的锗衬底上取向生长的物理机理,为获得晶圆级的单晶石墨烯材料奠定了实验与理论基础,有助于推动石墨烯材料真正应用于大规模集成电路技术。     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si_3N_4覆盖层可以有效抑制3CSiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000cm2·V~(-1)·s~(-1),方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900cm2·V~(-1)·s~(-1)。     

金刚石上石墨烯的自组织生长

正如何在绝缘衬底上形成大面积高质量的石墨烯还是个难题。所以,不论是探索制备石墨烯的新方法,还是寻找合适的生长石墨烯的基底材料,以便将石墨烯新奇的物理性质在室温下呈现出来,都是石墨烯基础研究与器件应用方面所亟待解决的问题。金刚石是集众多优异性能于一身的绝缘材料,如果石墨烯能够制备在金刚石衬底上,相比于其他衬底材料,有利于在室温下呈现出石墨烯特殊的机械,导热、电学和光学等性     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si₃N₄覆盖层可以有效抑制3C-SiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08 cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000 cm²·V^-1·s^-1,方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900 cm²·V^-1·s^-1。     

光电化学刻蚀方法去除SiC衬底外延石墨烯缓冲层及其表征

高温条件下裂解碳化硅(SiC)单晶,在直径5cm的4H-SiC(0001)面制备出单层石墨烯。利用光电化学刻蚀方法,使KOH刻蚀液与SiC发生反应,降低石墨烯与衬底之间的相互作用力,去掉原位生长过程中SiC衬底与石墨烯之间存在的缓冲层,获得准自由的双层石墨烯。首先通过对比不同的电流密度和光照强度,总结出电流密度为6mA·cm-2、紫外灯与样品间距为3cm时,石墨烯缓冲层的去除效率以及石墨烯质量皆为最佳。采用此优化后工艺处理的样品,拉曼光谱表明原位生长的缓冲层与衬底脱离,表现出准自由石墨烯的特性。X射线光电子能谱(XPS)C1s谱图中代表上层石墨烯与衬底Si悬键结合的S1、S2特征峰消失,即石墨烯缓冲层消失。通过分析刻蚀过程中的电化学曲线,提出了刻蚀过程的化学反应过程中的动态特性。     

光电化学刻蚀方法去除SiC衬底外延石墨烯缓冲层及其表征

高温条件下裂解碳化硅（SiC）单晶,在直径5 cm的4H-SiC（0001）面制备出单层石墨烯。利用光电化学刻蚀方法,使KOH刻蚀液与SiC发生反应,降低石墨烯与衬底之间的相互作用力,去掉原位生长过程中SiC衬底与石墨烯之间存在的缓冲层,获得准自由的双层石墨烯。首先通过对比不同的电流密度和光照强度,总结出电流密度为6 mA·cm^-2、紫外灯与样品间距为3 cm时,石墨烯缓冲层的去除效率以及石墨烯质量皆为最佳。采用此优化后工艺处理的样品,拉曼光谱表明原位生长的缓冲层与衬底脱离,表现出准自由石墨烯的特性。X射线光电子能谱（XPS）C1s谱图中代表上层石墨烯与衬底Si悬键结合的S1、S2特征峰消失,即石墨烯缓冲层消失。通过分析刻蚀过程中的电化学曲线,提出了刻蚀过程的化学反应过程中的动态特性。     

以CVD法在介电材料上直接生长石墨烯的研究进展

石墨烯自2004年被文献报道后,便以其独特的结构和优异的性能,引起了研究者的巨大兴趣。以CVD法在金属衬底生长石墨烯是目前最常用的石墨烯制备方法,而商业应用的电子器件往往是基于介电材料为基底制作的。因此,需通过一定的方法将石墨烯转移到介电材料上,而这一过程可能会破坏石墨烯的结构或对其造成污染。引用大量文献介绍了在介电材料衬底上直接生长石墨烯的研究进展。     

上海微系统所成功研制1.5英寸石墨烯单晶晶圆

<正>铜表面催化生长是目前制备石墨烯薄膜的主要技术途径,但由于无法实现单核控制,因而制备的薄膜一般为多晶,且生长速度随着时间的推移逐渐变慢。此前铜衬底上制备的最大石墨烯单晶筹尺寸约为1 cm,且需要较长的生长时间。上海微系统所研究团队通过向具有一定溶碳能力的     

单晶金刚石膜与多晶金刚石膜的制备工艺及性能

本文主要介绍了用微波等离子体化学气相沉积法(以下简称MP CVD法)以甲醇-氢气混合气和丙酮-氢气混合气为源气体,分别以单晶硅的(111)面和人造金刚石的(100)面为衬底材料,制备出了面积为20mm×20mm厚为10μm的多晶金刚石膜和面积为1.0mm×1.0mm厚为5μm的单晶金刚石膜。通过试验发现,源气体配比和衬底温度对薄膜质量起决定性作用。另外,衬底在反应腔中的位置对薄膜的生成也有很大影响。单晶金刚石膜制备过程中衬底金刚石的晶体取向与金刚石薄膜的生长及质量有密切的关系。在金刚石的(100),(110)和(111)面上分别获得了单晶金刚石膜和金刚石多晶粒子。选用扫描电镜、显微激光拉曼、反射电子衍射对多晶金刚石膜及单晶金刚石膜的性能进行了测试。     

石墨烯材料生长技术获重大进展

正近日,哈工大材料科学与工程学院于杰教授及其课题组2014级博士生曾杰在石墨烯材料生长技术取得重大进展,研究成果发表于国际著名材料期刊《先进材料》(Advanced Materials)(影响因子:19.791)。论文题目为"热化学气相沉积生长三维石墨烯纤维"。石墨烯由于其独特的单原子层结构而具有多方面的优越性质,近年来广受关注,应用前景     

物理气相传输法SiC衬底上生长AlN单晶的研究进展

氮化铝(AlN)是直接带隙半导体，具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率[3.2 W/(cm·K)]、高表面声波速率(V_L=10.13×10⁵ cm/s,V_T=6.3×10⁵ cm/s)、高击穿场强和稳定的物理化学性能，是紫外/深紫外发光材料的理想衬底，由此制作的Al_xGa_1–xN材料，还可以实现200～365 nm波段内的连续发光；可以制作耐高压、耐高温、抗辐射和高频的电子器件，是具有巨大潜力的新一代半导体材料。本文介绍了物理气相传输法异质外延生长AlN单晶的原理，并从碳化硅(Si C)衬底上AlN单晶生长研究历程、Al N/SiC衬底生长AlN晶体以及偏晶向SiC衬底生长AlN晶体3个方面综述了SiC衬底上异质外延生长AlN晶体的研究进展。最后简述了SiC衬底上生长AlN单晶面临的挑战和机遇，展望了AlN材料的未来发展前景。     

文摘

<正>狭缝法化学气相沉积石墨烯:合成,形貌与结构[刊,中]/樊姝婧,谭瑞轩,谢翔旻,等//新型炭材料,2018,33(6):522-528控制石墨烯成核密度和石墨烯层数一直是生长单晶石墨烯的重要问题。本文采用一种改进的化学气相沉积法,在     

单晶硅衬底异质外延3C-SiC薄膜研究进展

3C-SiC薄膜的外延生长一直是SiC材料制备领域的一个热点,单晶Si衬底异质外延3C-SiC是实现大尺寸、低成本薄膜的有效方法,备受人们关注.单晶Si与3C-SiC之间存在较大的晶格失配(20％)和热膨胀系数差异(8％),严重制约着高质量单晶薄膜的制备.本文对单晶Si衬底异质外延3C-SiC薄膜的基本原理和工艺过程进行了总结,着重介绍了薄膜生长中的缺陷和可控掺杂方面的研究进展以及面临的挑战,并对今后的研究热点做了归纳展望.     

低温等离子体处理氧化石墨烯可提高抗菌灭菌能力

正近日,中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所黄青课题组、等离子体物理研究所王奇课题组合作,利用低温等离子体处理氧化石墨烯,发现处理后的氧化石墨烯的灭菌能力显著提高。石墨烯作为一种新型二维碳材料,在多个生物医学领域都显示出巨大应用前景。但与抗生素、银等其他传统灭菌药物/材料相比,一般的石墨烯类材料的灭菌能力较弱。为提高其灭菌能力,通常做法是     

马赛克法生长大尺寸单晶金刚石的研究

使用微波等离子体设备,研究单晶金刚石衬底间距和厚度差异对拼接法制备大尺寸单晶金刚石生长的影响。通过金相显微镜观察不同衬底间距和厚度差异下金刚石的生长情况;通过扫描电子显微镜和激光拉曼光谱仪对拼接界面处的表面形貌和晶体质量进行表征合分析。结果表明,当衬底间距小于10μm时,虽然晶体的底部有明显缝隙,但是表面区域已经连成一片完整的单晶,说明拼接狭缝处沿水平方向的生长速度能够使两片衬底在接触时连成一体;当衬底厚度差异不超0.02mm时,不会出现"吞噬"现象,生长表面较为平整。     

宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用

SiC是第3代宽带隙半导体的核心材料之一，具有极为优良的物理化学性能，应用前景十分广阔，本文综合介绍SiC的基本特性，材料的生长技术（包括体单晶生长和薄膜外延生长技术），SiC基器件的研发现状，应用领域及发展前景，同时还介绍了作者用脉冲激光淀积法在Si衬底上制备出单晶4H-SiC薄膜的研究结果。     

导模法生长的片状白宝石单晶中生长方向与晶界产生之间的关系

用导模法生长了白宝石片状单晶。采用偏光显微镜法、X射线背射劳埃法、X射线形貌法研究了片状晶体中的缺陷。发现晶体中晶界的产生与生长取向有明显的关系。在生长具有(1?02)板面的片晶时,若生长方向为[?101],晶体中存在有严重的晶界;而沿[0221]或[1120]方向生长的晶片,晶界则显著减少。 研究表明,白宝石中(0001)面沿〈11?0〉方向的滑移对晶界的形成起重要的作用。为了生长出满足SOS器件衬底材料所需要的完整性较好的片状白宝石,除应控制适当的生长速率和选用缺陷少的晶种外,必须注意选择有利的生长取向,以防止晶界的产生。     

我国首颗6英寸氧化镓单晶成功制备

近日,中国电科46所成功制备出我国首颗6英寸氧化镓单晶,达到国际最高水平。氧化镓是新型超宽禁带半导体材料,拥有优异的物理化学特性,在微电子与光电子领域均拥有广阔的应用前景。但因具有高熔点、高温分解以及易开裂等特性,因此,大尺寸氧化镓单晶制备极为困难。中国电科46所氧化镓团队聚焦多晶面、大尺寸、高掺杂、低缺陷等方向,从大尺寸氧化镓热场设计出发,成功构建了适用于6英寸氧化镓单晶生长的热场结构,突破了6英寸氧化镓单晶生长技术,具有良好的结晶性能,可用于6英寸氧化镓单晶衬底片的研制,将有力支撑我国氧化镓材料实用化进程和相关产业发展。     

新研究为类石墨烯功能化器件制备提供途径

<正>单层石墨烯以其高速的电子传导性能引起极大关注,其物理学特征是具有狄拉克锥能带结构。但石墨烯的带隙并未打开,因此石墨烯并不宜直接作为半导体材料使用。因此,制备具有狄拉克锥并打开带隙的类石墨烯成为当今物理与新材料领域的前沿课题。作为类石墨烯的锗烯可能具有打开带隙的狄拉克锥,因而成为二维石墨烯材料的研究热点之一。中国科学院武汉物理与数学研究所曹更玉研究组     

哈工大研制出世界最轻的磁弹性体材料

<正>日前,哈尔滨工业大学土木学院李惠教授课题组成功研制出了一种新型智能石墨烯气凝胶材料,该材料为已报道的目前世界上最轻的磁弹性体材料,可广泛应用于多个领域。李惠教授课题组采用改进水热法,通过在大片氧化石墨烯的自组装过程中原位沉积超顺磁纳米四氧化三铁颗粒,率先研究并实现了石墨烯