【原】石墨烯|美国国防部等多方支持下，美国威斯康星大学实现与传统半导体工艺兼容的石墨烯纳米带制造新方法

美国威斯康星大学麦迪逊分校采用化学气相淀积技术，在传统锗晶圆上直接制造出宽度小于10nm、长宽比大于70的半导体——石墨烯纳米带。

研究背景

石墨烯是一种由单层碳原子组成的材料，具有很高化学稳定性，室温下电子在石墨烯材料中的移动速度是硅的200倍，并具有优于碳纳米管和金刚石的高导热性、常温下高于纳米碳管或硅晶体的电子迁移率、低于铜或银的电阻率等物理特性，制备功耗更小、速率更高的新一代纳米电子元件的重要候选材料。

此前的研究已经证实，碳纳米管（由石墨烯卷曲而成的圆筒结构）具有极好的导电性能，然而结构较为复杂的碳纳米管难以安装在电子芯片内部。因此，科研人员将研究转向石墨烯的另外一种形式——扁平的石墨烯纳米带。

但一直未能实现在传半导体晶圆上精确制造这类半导体纳米带。

技术内容

美国威斯康星大学麦迪逊分校在传统锗晶格<001>方向上，通过化学气相淀积方法制造出石墨烯纳米带。纳米带在Ge<110>方向上自调整3°，宽度小于10nm、长宽比大于70。完成从半金属石墨烯转向半导体石墨烯纳米带的转化。

实现高度各向异性纳米带的关键是要控制纳米带宽方向的生长速率低于5nm/h。由于二维石墨烯生长速度异常缓慢，所以窄带石墨烯可以单向生长，且具有非常光滑的边缘。

锗晶圆上的石墨烯纳米带图形，纳米带方向自动垂直排列。图像尺寸从左到右分别为400nm、10nm和1nm。

应用和意义

该方法直接在传统半导体晶圆上制造纳米带阵列，与现有半导体工艺设备兼容，这一进步有望实现纳米带与晶体管、混合集成电路等传统半导体的集成制造，将在高能效电子产品和太阳能电池等领域应用前景广阔。

资金支持

该研究主要由美国能源部基础能源科学办公室支持。此外，美国自然科学基金、工程研究委员会、威斯康星大学、国防部、国家科学基金和3M公司均提供了支持。