專題:與硅技術融合的石墨烯類材料及其器件研究

專題:與硅技術融合的石墨烯類材料及其器件研究

編者按碳是一種神奇的元素.除了大家熟知的鉆石,還可以呈現從零維(富勒烯)、一維(碳納米管)到二維(石墨烯)的穩定結構.這些結構的核心是二維單層石墨片結構,對其基本電子態結構的理論可以追溯到20世紀40年代(Wallace P R 1947Phys.Rev.71 622).單層石墨片或石墨烯的應用也至少可以追溯到20世紀70年代.單層石墨片作為電鏡樣品的完美支撐膜,對20世紀七八十年代高分子電子顯微成像技術的發展也做出過巨大貢獻.但單層石墨片被單獨作為一種材料,并開始廣泛影響物理學、化學等學科隨后十余年的發展則始于21世紀初,兩位俄裔英國學者Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年成功將單層石墨片分離到絕緣基底,并對其輸運性質進行了系統的測試,特別是在室溫觀察到量子霍爾效應,一舉獲得了2010年的諾貝爾物理獎.近十年,石墨烯研究已成為發展勢頭最為迅猛的領域,2012年以石墨烯為主題的論文發表數量首次超過一萬篇,2016年已達39373篇.在這迅猛發展的研究之后,是對石墨烯及相關材料在未來信息技術中所能起作用的巨大期盼.然而,本征的石墨烯材料沒有能隙,并不適合數字電路應用.二維石墨烯類材料,例如半導體過渡金屬硫化物等應運而生,相關材料和器件研究也快速發展成為熱點研究領域.此外,雖然摩爾定律發展已經接近其盡頭,但是硅基信息處理技術仍牢牢處于信息產業的霸主地位,結合硅基技術發展石墨烯類材料及其器件也順理成章地成為了未來該領域研究的主流和本專題的主題.

專題收錄了國內高校和研究院所相關研究人員的共19篇研究論文和綜述,涉及到從石墨烯類材料的(1)生長：金屬襯底上高質量大面積石墨烯的插層及其機制(郭輝、路紅亮、黃立、王雪艷、林曉、王業亮、杜世萱、高鴻鈞);介電層表面直接生長石墨烯的研究進展(楊慧慧、高峰、戴明金、胡平安);雙層石墨烯的化學氣相沉積法制備及其光電器件(楊云暢、武斌、劉云圻);(2)結構表征、加工與性能調控：鋸齒形石墨烯反點網絡加工與輸運性質研究(張婷婷、成蒙、楊蓉、張廣宇);石墨烯納米結構的制備及帶隙調控研究(張慧珍、李金濤、呂文剛、楊海方、唐成春、顧長志、李俊杰);二維原子晶體的低電壓掃描透射電子顯微學研究(黎棟棟、周武);硼烯和堿土金屬硼化物二維納米材料的制備、結構、物性及應用研究(郭澤堃、田顏、甘海波、黎子娟、張彤、許寧生、陳軍、陳煥君、鄧少芝、劉飛);石墨烯納米帶的制備與電學特性調控(張輝、蔡曉明、郝振亮、阮子林、盧建臣、蔡金明);(3)輸運：多端口石墨烯系統中的非局域電阻(王孜博、江華、謝心澄);到(4)類石墨烯：類石墨烯鍺烯研究進展(秦志輝);硅烯的化學功能化(楊碩、程鵬、陳嵐、吳克輝);(5)器件：基于雙極性二維晶體的新型p-n結(張增星、李東);基于六角氮化硼二維薄膜的憶阻器(吳全潭、時拓、趙曉龍、張續猛、伍法才、曹榮榮、龍世兵、呂杭炳、劉琦、劉明);基于毫米級單晶石墨烯的倍頻器性能研究(高慶國、田猛串、李思超、李學飛、吳燕慶);硅基底石墨烯器件的現狀及發展趨勢(武佩、胡瀟、張健、孫連峰);石墨烯射頻器件研究進展(盧琪、呂宏鳴、伍曉明、吳華強、錢鶴);二維半導體過渡金屬硫化物的邏輯集成器件(李衛勝、周健、王瀚宸、汪樹賢、于志浩、黎松林、施毅、王欣然);和(6)硅基混合系統：石墨烯-硅基混合光子集成電路(肖廷輝、于洋、李志遠);高性能石墨烯霍爾傳感器(黃樂、張志勇、彭練矛).專題覆蓋了石墨烯類材料及其器件所涉及的幾乎所有方面,是本領域不可多得的珍貴參考資料.相信專題的發表能夠進一步促進這個重要的研究領域的發展,促生相關產業的誕生.

(客座編輯:中國科學院物理研究所 高鴻鈞;北京大學 彭練矛;中國科學院物理研究所 顧長志)