在石墨烯納米電子學(xué)中，半導(dǎo)體石墨烯Semiconducting graphene發(fā)揮著重要的作用，因?yàn)槭]有本征帶隙。在過去的二十年里，通過量子限域或化學(xué)功能化，用以改變帶隙的嘗試，都未能產(chǎn)生可行的半導(dǎo)體石墨烯。

今日，天津大學(xué)Jian Zhao, Peixuan Ji, Yaqi Li, Rui Li，馬雷Lei Ma & Walt A. de Heer等，在Nature上發(fā)文，證明了在單晶碳化硅襯底上，半導(dǎo)體外延石墨烯semiconducting epigraphene (SEG)，具有0.6eV帶隙和超過5,000cm2V?1s?1室溫遷移率，這比硅遷移率大10倍，比其他二維半導(dǎo)體的遷移率大20倍。

眾所周知，當(dāng)硅從碳化硅晶體表面蒸發(fā)時(shí)，富碳表面結(jié)晶產(chǎn)生多層石墨烯。在SiC硅端接面上，形成的第一石墨層是部分共價(jià)鍵合到SiC表面的絕緣表層石墨烯層。該緩沖層的光譜測(cè)量顯示了半導(dǎo)體特征，但是該層的遷移率因其無序而受到限制。

該項(xiàng)研究，演示了一種準(zhǔn)平衡退火方法，在宏觀原子級(jí)平臺(tái)上產(chǎn)生半導(dǎo)體外延石墨烯SEG（即有序緩沖層）。半導(dǎo)體外延石墨烯SEG晶格與SiC襯底對(duì)準(zhǔn)。并呈現(xiàn)較好的化學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，并且可以使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造技術(shù)，將其圖案化并無縫連接到半金屬表層石墨烯epigraphene上。這些基本特性使半導(dǎo)體外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG適用于納米電子學(xué)。

Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide.
在碳化硅上，超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯。

圖1: 半導(dǎo)體外延石墨烯semiconducting epigraphene，SEG制備。

圖2:半導(dǎo)體外延石墨烯SEG表征顯示了高度覆蓋的有序、無石墨烯、晶體學(xué)排列的SEG，具有明確定義的帶隙。

圖3: 氧涂層SEG霍爾棒的傳輸特性。

圖4: 預(yù)測(cè)的SEG場(chǎng)效應(yīng)特性。

文獻(xiàn)鏈接
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

本文譯自Nature。

文章來源：今日新材料