天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心執(zhí)行主任、天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實驗室主任馬雷教授及其科研團隊，日前在半導(dǎo)體石墨烯領(lǐng)域取得了顯著進展。該團隊的研究成果《碳化硅上生長的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）于2024年1月3日在《自然》（Nature）雜志網(wǎng)站上在線發(fā)布。該成果成功地攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，打開了石墨烯帶隙，實現(xiàn)了從“0”到“1”的突破，這一突破被認為是開啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門的重要里程碑，在硅谷引起強烈反響！
此次發(fā)表在《自然》（Nature）的重大突破是天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實驗室開展的研發(fā)項目之一。2019年12月，明石創(chuàng)新與天津大學(xué)簽約共建天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實驗室，由天津大學(xué)馬雷教授任聯(lián)合實驗室主任，明石創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院高峰院長任聯(lián)合實驗室執(zhí)行主任。聯(lián)合實驗室主要開展基于石墨烯相關(guān)納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。除本項目外，聯(lián)合實驗室還開展了多種石墨烯基氣體傳感器、納米氧化鋯粉體材料及固態(tài)電解質(zhì)納米氧化鋯氧傳感器、二次離子質(zhì)譜儀等精密儀器的研發(fā)。
石墨烯，作為首個被發(fā)現(xiàn)可在室溫下穩(wěn)定存在的二維材料，其獨特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了零帶隙的特性。“零帶隙”特性正是困擾石墨烯研究者數(shù)十年的難題。如何打開帶隙，成為開啟“石墨烯電子學(xué)”大門的“關(guān)鍵鑰匙”。馬雷教授研究團隊通過對外延石墨烯生長過程的精確調(diào)控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創(chuàng)造了一種新型穩(wěn)定的半導(dǎo)體石墨烯。這種半導(dǎo)體石墨烯的電子遷移率遠超硅材料，表現(xiàn)出了十倍于硅的性能，并且擁有硅材料所不具備的獨特性質(zhì)。
基于本項突破性研究，具有帶隙的半導(dǎo)體石墨烯為高性能電子器件帶來了全新的材料選擇，不僅為超越傳統(tǒng)硅基技術(shù)的高性能電子器件開辟了新道路，還為整個半導(dǎo)體行業(yè)注入了新動力。隨著摩爾定律所預(yù)測的極限日益臨近，半導(dǎo)體石墨烯的出現(xiàn)恰逢其時，預(yù)示著電子學(xué)領(lǐng)域即將迎來一場根本性的變革，其突破性的屬性滿足了對更高計算速度和微型化集成電子器件不斷增長的需求。
以天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實驗室等多個高端創(chuàng)新平臺為支撐，明石創(chuàng)新牽頭組建了“山東省微納制造創(chuàng)新中心”，聚焦微納制造領(lǐng)域中的材料、設(shè)計、工藝、裝備、裝配、集成等環(huán)節(jié)的共性關(guān)鍵技術(shù)難題，打造集行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、中試驗證及技術(shù)孵化、成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化、創(chuàng)新人才培育、行業(yè)公共服務(wù)、國際交流合作于一體的創(chuàng)新載體。
