与硅技术融合的石墨烯类材料及其器件的研究立项报告

石墨烯是2004年英国科学家在实验上首次得到的一种新的碳元素结构形态,表现出许多非常奇异的性质。石墨烯的研究正在成为一个令世人密切关注的前沿课题,将对整个凝聚态物质科学的发展和未来信息器件的研制产生巨大而深远的影响。要充分发挥石墨烯的优异性质、实现工业生产与应用、并与现有的硅基技术完美结合,必须找到合适的材料制备方法,使得到的石墨烯可以同时满足3个必要条件:高质量、大面积和与硅工艺兼容。目前常用的方法都无法制备出同时满足这3个条件的石墨烯样品。该研究为解决这一问题,提出了利用无损硅插层的方法制备高质量、大面积、与硅技术兼容的石墨烯。主要研究内容包括4个方面:(1)高质量硅插层石墨烯及新型石墨烯类材料的可控制备;(2)硅插层石墨烯的掺杂、修饰与物性调控;(3)硅插层石墨烯及新型石墨烯类材料的基本物性;(4)研发基于硅插层石墨烯电子与光电子器件,包括基于该材料的新的器件结构和与硅集成相兼容的技术。该研究的核心目标是:(1)掌握石墨烯材料在金属单晶表面上的生长机制,发展出高质量、大面积石墨烯的可控制备方法,掌握硅插层的生长与控制技术,实现厚硅可控插层与插层的绝缘化,掌握其他新型石墨烯类材料在金属表面的生长机制;(2)掌握硅插层石墨烯的基本物性和调控方法,理解新型石墨烯类材料的结构对物性的影响;(3)构建基于硅插层石墨烯的特殊功能的新型器件。该研究的实施有望在与硅技术兼容的硅插层石墨烯材料及新型石墨烯类材料的制备、物性调控和新型器件探索上取得若干原创性成果,这必将使我国摆脱在石墨烯这一前沿研究领域的落后局面,进一步增强我国在纳米碳材料研究方面的国际影响力,为我国石墨烯材料和相关器件的应用研究奠定坚实的基础。

基于专利知识流网络的技术融合分析——以石墨烯领域为例

[目的/意义]技术融合已成为主流创新趋势,刺激着新兴技术的产生,理解并及时发现这种融合过程对制定发展战略有重要意义。[方法/过程]在专利数据上通过生长曲线识别出技术发展的生命周期,综合考虑专利主副IPC之间以及引用过程中的知识流动构建有向知识流网络,在微观层面基于中心性指标识别出关键的融合成分,进一步通过IPC-ISIC标准将IPC号映射到不同产业,在宏观层面运用马尔可夫模型预测出未来的产业占比并分析不同阶段的产业融合规律。[结果/结论]石墨烯领域当前处于成熟期,分别发现了其在萌芽期、成长期和成熟期的关键技术融合成分,预测出成熟期结束时石墨烯领域各产业占比并以其中一个产业为例揭示了其不同阶段的融合规律。

我开发新型飞秒激光等离子激元光刻技术 可加工石墨烯

来自中科院长春光学精密机械与物理研究所等单位的研究人员,开发了一种新型飞秒激光等离子激元光刻技术(FPL)。利用该技术,研究人员在百纳米厚的硅基氧化石墨烯薄膜表面实现了高质量微纳周期结构的快速制备。相关成果发表在《光:科学与应用》上。

基于硅烯和磷烯的新型纳米电子器件

二维层片状材料兼具高机械韧性、可调控带隙与光学透明度,以及高的表面体积比等优越性能,为新型柔性纳米电子器件和传感器的研究提供了广阔的平台。介绍了两种新兴的单质二维材料,硅烯和磷烯及其器件的电学性能和稳定性。硅烯的器件实验研究因空气敏感性问题一直停滞不前,而最近的三明治夹层转移与移植法实现了硅烯晶体管的首次亮相。相关实验观测证实了理论预测的狄拉克能带结构,即双极电输运机制。室温静电学表征观测到约100 cm~~2/(V·s)的载流子迁移率以及10倍的栅极调制,揭示出单原子层硅通道比石墨烯具有更高的栅极调控能力。VA族的磷烯结合石墨烯和过渡金属硫化物两者优点于一身,拥有较高的载流子迁移率和可调控的适中直接带隙,是目前较理想的二维半导体材料,即使在塑料基底上仍可达到310~1500 cm2/(V·s)的高载流子迁移率以及10~3~10~5的栅极调制。这些研究进展为新型纳米器件的发展提供了广阔前景。

金属衬底上高质量大面积石墨烯的插层及其机制

石墨烯作为一种新型二维材料,因其优异的性质,在科学和应用领域具有非常重要的意义.而其超高的载流子迁移率、室温量子霍尔效应等,使其在信息器件领域备受关注.如何获得高质量并且与当代硅基工艺兼容的石墨烯功能器件,是未来将石墨烯应用于电子学领域的关键.近年来,研究人员发展了一种在外延石墨烯和金属衬底之间实现硅插层的技术,将金属表面外延石墨烯高质量、大面积的特点与当代硅基工艺结合起来,实现了无需转移且无损地将高质量石墨烯置于半导体之上.通过系统的实验研究并结合理论计算,揭示了插层过程包含四个主要阶段:诱导产生缺陷、异质原子插层、石墨烯自我修复和异质原子扩散成膜,并证实了这一插层机制的普适性.拉曼和角分辨光电子能谱实验结果表明,插层后的石墨烯恢复了本征特性,接近自由状态.此外,还实现了多种单质元素的插层.不同种类的原子形成不同的插层结构,从而构成了多种石墨烯/插层异质结.这为调控石墨烯的性质提供了实验基础,也展现了该插层技术的普适性.

韩开发出石墨烯合成新方法

最近,韩国研究人员开发出一种与微电子兼容的方法来生长石墨烯,在硅基底上成功合成了晶片级(直径4英寸)的高质量多层石墨烯。该方法基于一种离子注入技术,简单而且可升级。这一成果使石墨烯离商业应用更近一步。相关论文发表在本周的《应用物理快报》上。晶片级的石墨烯可能是微电子线路中一个必不可少的组成部分,但大部分石墨烯制造方法都与硅微电子器件不兼容。

三星研发新型大容量电池技术

续航能力如今已经成为智能手机的最大短板之一,而各大厂商也一直没有停止在电池技术上面的研发投入。日前,三星电子就展示了自己开发的一种新型电池技术,据称可将锂电池的容量翻倍。

三星研发新型大容量电池技术

续航能力如今已经成为智能手机的最大短板之一,而各大厂商也一直没有停止在电池技术上面的研发投入。日前,三星电子就展示了自己开发的一种新型电池技术,据称可将锂电池的容量翻倍。据介绍,三星的新技术会在电池的阴极上加入一种硅涂层,其中还包含着神奇的石墨烯材质。

取代石墨烯 辉钼柔性芯片诞生

美国知名科技网站CNET、最新报导,美国加州纳米技术研究院(简称CNSI)成功使用MoS2(辉钼,二硫化钼)制造出了辉钼基柔性微处理芯片,这个MoS2为基础的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗极低。

石墨烯+聚合物 电子迁移率更高

石墨烯(graphene)被很多人认为是硅材料的后继者,因为其电子迁移率可达到硅的十倍以上,并解决了硅材料在制程微缩方面的许多问题;不过石墨烯缺乏制作晶体管所需的能隙(bandgap),也延迟了相关技术的发展。Barbero表示,研究团队利用化学气相沉积(CVD)技术与垂直石英管,将大面积的单层石墨烯与铜箔合成;

全球涌动石墨烯热 产业前景十分诱人

超薄超轻型飞机、超薄可折叠手机、太空电梯……被誉为"21世纪神奇材料"的石墨烯以其神奇特性承载着人们的无数想象。世界主要国家均高度重视发展石墨烯相关产业,期待它带来巨大的市场价值。英国投入巨资,确保英国能做出名堂英国是石墨烯的"诞生地",但是相关研发和产业化却落后于中国、韩国、日本和新加坡等亚洲一些国家。为改变这种局面,近几年,英国政府投入巨资加速石墨烯的研发。2011年,

纳米材料

中美科学家联手研制出破碎后自动修复的柔性电子纳米材料据物理学家组织网5月17日报道,目前,柔性电子设备的发展势头一片大好,但面临一个重要问题:电子材料在经过多次破碎和修复之后功能可能受损。现在。

日本东北大学开发出导通截止比为1万的石墨烯FET

日本东北大学宣布,其研究人员开发出了沟道层使用新型碳材料——石墨烯晶体管,导通/截止比达到104以上。石墨烯一般没有带隙,因此即使制成晶体管也无法关闭,导通/截止比非常小。东北大学通过此次的技术开发解决了这一课题,而且还可实现超过当前硅半导体技术的晶体管高集成化。详细介绍该技术的论文已刊登在2012年9月9日发行的学术杂志《NatureNanotechnology》

IBM开发出首款通过晶圆尺寸石墨烯制造出的集成电路并展示了频率高达10 GHz的宽带混频器

IBM研究中心公开了首款通过晶圆尺寸石墨烯制造出的集成电路,并展示了频率高达10GHz的宽带混频器。这款模拟集成电路有一个石墨烯晶体管和一对整合在碳化硅晶圆上的电感器构成,以无线通信应用为目标。

科技动态

"石墨烯装甲"可让过氧化物太阳能电池更耐用韩国蔚山国立科学技术研究院的研究人员开发出一种新的电极,利用"石墨烯装甲"保护层,可以使过氧化硅太阳能电池的工作更加稳定。该团队将石墨烯铜网格嵌入聚酰亚胺(GCEP),制成一种全新材料薄膜,将其放置于金属电极和过氧化物之间,这层薄膜允许太阳光通过过氧化物,将能量转化为电子,然后通过GCEP传回金属电极,再传出去储存和使用。

日本制造出只有一个原子厚的硅薄膜

日本北陆尖端科学技术大学院大学30日宣布,其研究小组开发出能制作大面积硅薄膜"silicene"的技术。这种只有一个原子厚的薄膜,可具备半导体的性质,有望用于制造高速电子线路等。研究小组在1厘米长、1厘米宽的硅基板表面,覆盖上陶瓷薄膜,然后在特殊真空装置中将其加热到900摄氏度。于是。

摩尔定律何时会失效

多年来,英特尔科技和制造集团副总裁迈克·梅佰里(Mike Mayberry)曾不止一次听到相同的世界末日预言:摩尔定律将会失效。梅佰里甚至听到过同事这样说。但是,由于大量像梅佰里这样的材料科学家不断找到使硅晶体管小型化的新途径和其他替代材料——例如石墨烯,摩尔定律仍然在起作用。据国外媒体报道,1965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)

迎战“碳基”时代

从信息化到智能化,集成电路芯片的地位堪称＂得芯片者得天下＂,而芯片组成器件中,硅基CMOS器件占了足足九成。眼下,硅基CMOS技术已经走进了14纳米的技术节点。但在后摩尔阶段,其优势究竟能保持多久？IBM等企业认为,硅基芯片即将走向终点,微电子工业也将在7纳米技术节点时不得不放弃使用硅基材料。替代者是谁？碳基纳米材料——特别是碳纳米管和石墨烯,被公认为最佳潜力股。为什么是碳基纳米材料？