专题:与硅技术融合的石墨烯类材料及其器件研究

专题:与硅技术融合的石墨烯类材料及其器件研究

编者按碳是一种神奇的元素.除了大家熟知的钻石,还可以呈现从零维(富勒烯)、一维(碳纳米管)到二维(石墨烯)的稳定结构.这些结构的核心是二维单层石墨片结构,对其基本电子态结构的理论可以追溯到20世纪40年代(Wallace P R 1947Phys.Rev.71 622).单层石墨片或石墨烯的应用也至少可以追溯到20世纪70年代.单层石墨片作为电镜样品的完美支撑膜,对20世纪七八十年代高分子电子显微成像技术的发展也做出过巨大贡献.但单层石墨片被单独作为一种材料,并开始广泛影响物理学、化学等学科随后十余年的发展则始于21世纪初,两位俄裔英国学者Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年成功将单层石墨片分离到绝缘基底,并对其输运性质进行了系统的测试,特别是在室温观察到量子霍尔效应,一举获得了2010年的诺贝尔物理奖.近十年,石墨烯研究已成为发展势头最为迅猛的领域,2012年以石墨烯为主题的论文发表数量首次超过一万篇,2016年已达39373篇.在这迅猛发展的研究之后,是对石墨烯及相关材料在未来信息技术中所能起作用的巨大期盼.然而,本征的石墨烯材料没有能隙,并不适合数字电路应用.二维石墨烯类材料,例如半导体过渡金属硫化物等应运而生,相关材料和器件研究也快速发展成为热点研究领域.此外,虽然摩尔定律发展已经接近其尽头,但是硅基信息处理技术仍牢牢处于信息产业的霸主地位,结合硅基技术发展石墨烯类材料及其器件也顺理成章地成为了未来该领域研究的主流和本专题的主题.

专题收录了国内高校和研究院所相关研究人员的共19篇研究论文和综述,涉及到从石墨烯类材料的(1)生长：金属衬底上高质量大面积石墨烯的插层及其机制(郭辉、路红亮、黄立、王雪艳、林晓、王业亮、杜世萱、高鸿钧);介电层表面直接生长石墨烯的研究进展(杨慧慧、高峰、戴明金、胡平安);双层石墨烯的化学气相沉积法制备及其光电器件(杨云畅、武斌、刘云圻);(2)结构表征、加工与性能调控：锯齿形石墨烯反点网络加工与输运性质研究(张婷婷、成蒙、杨蓉、张广宇);石墨烯纳米结构的制备及带隙调控研究(张慧珍、李金涛、吕文刚、杨海方、唐成春、顾长志、李俊杰);二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究(黎栋栋、周武);硼烯和碱土金属硼化物二维纳米材料的制备、结构、物性及应用研究(郭泽堃、田颜、甘海波、黎子娟、张彤、许宁生、陈军、陈焕君、邓少芝、刘飞);石墨烯纳米带的制备与电学特性调控(张辉、蔡晓明、郝振亮、阮子林、卢建臣、蔡金明);(3)输运：多端口石墨烯系统中的非局域电阻(王孜博、江华、谢心澄);到(4)类石墨烯：类石墨烯锗烯研究进展(秦志辉);硅烯的化学功能化(杨硕、程鹏、陈岚、吴克辉);(5)器件：基于双极性二维晶体的新型p-n结(张增星、李东);基于六角氮化硼二维薄膜的忆阻器(吴全潭、时拓、赵晓龙、张续猛、伍法才、曹荣荣、龙世兵、吕杭炳、刘琦、刘明);基于毫米级单晶石墨烯的倍频器性能研究(高庆国、田猛串、李思超、李学飞、吴燕庆);硅基底石墨烯器件的现状及发展趋势(武佩、胡潇、张健、孙连峰);石墨烯射频器件研究进展(卢琪、吕宏鸣、伍晓明、吴华强、钱鹤);二维半导体过渡金属硫化物的逻辑集成器件(李卫胜、周健、王瀚宸、汪树贤、于志浩、黎松林、施毅、王欣然);和(6)硅基混合系统：石墨烯-硅基混合光子集成电路(肖廷辉、于洋、李志远);高性能石墨烯霍尔传感器(黄乐、张志勇、彭练矛).专题覆盖了石墨烯类材料及其器件所涉及的几乎所有方面,是本领域不可多得的珍贵参考资料.相信专题的发表能够进一步促进这个重要的研究领域的发展,促生相关产业的诞生.

(客座编辑:中国科学院物理研究所 高鸿钧;北京大学 彭练矛;中国科学院物理研究所 顾长志)