天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統國際研究中心執行主任、天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗室主任馬雷教授及其科研團隊，日前在半導體石墨烯領(lǐng)域取得了顯著(zhù)進(jìn)展。該團隊的研究成果《碳化硅上生長(cháng)的超高遷移率半導體外延石墨烯》（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(xiàn)發(fā)布。該成果成功地攻克了長(cháng)期以來(lái)阻礙石墨烯電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題，打開(kāi)了石墨烯帶隙，實(shí)現了從“0”到“1”的突破，這一突破被認為是開(kāi)啟石墨烯芯片制造領(lǐng)域大門(mén)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(shí)驗室開(kāi)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(shí)驗室，由天津大學(xué)馬雷教授任聯(lián)合實(shí)驗室主任，明石創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院高峰院長(cháng)任聯(lián)合實(shí)驗室執行主任。聯(lián)合實(shí)驗室主要開(kāi)展基于石墨烯相關(guān)納米材料的基礎和應用基礎研究。除本項目外，聯(lián)合實(shí)驗室還開(kāi)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(gè)被發(fā)現可在室溫下穩定存在的二維材料，其獨特的狄拉克錐能帶結構，導致了零帶隙的特性?！傲銕丁碧匦哉抢_石墨烯研究者數十年的難題。如何打開(kāi)帶隙，成為開(kāi)啟“石墨烯電子學(xué)”大門(mén)的“關(guān)鍵鑰匙”。馬雷教授研究團隊通過(guò)對外延石墨烯生長(cháng)過(guò)程的精確調控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創(chuàng )造了一種新型穩定的半導體石墨烯。這種半導體石墨烯的電子遷移率遠超硅材料，表現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，具有帶隙的半導體石墨烯為高性能電子器件帶來(lái)了全新的材料選擇，不僅為超越傳統硅基技術(shù)的高性能電子器件開(kāi)辟了新道路，還為整個(gè)半導體行業(yè)注入了新動(dòng)力。隨著(zhù)摩爾定律所預測的極限日益臨近，半導體石墨烯的出現恰逢其時(shí)，預示著(zhù)電子學(xué)領(lǐng)域即將迎來(lái)一場(chǎng)根本性的變革，其突破性的屬性滿(mǎn)足了對更高計算速度和微型化集成電子器件不斷增長(cháng)的需求。
以天津大學(xué)·明石致遠石墨烯（納米）材料聯(lián)合實(shí)驗室等多個(gè)高端創(chuàng )新平臺為支撐，明石創(chuàng )新?tīng)款^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、設計、工藝、裝備、裝配、集成等環(huán)節的共性關(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。
