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石墨烯大幅降低蓝光LED成本 IBM投资30亿美元

导读: 世界上几乎所有的半导体技术研究机构都在尝试制造单层石墨烯(graphene),并将其视为优于硅的新一代IC材料;不过现在IBM的研究人员却发现石墨烯材料的另一种优势能大幅降低采用氮化镓(GaN)制造的蓝光LED成本。

  世界上几乎所有的半导体技术研究机构都在尝试制造单层石墨烯(graphene),并将其视为优于硅的新一代IC材料;不过现在IBM的研究人员却发现石墨烯材料的另一种优势能大幅降低采用氮化镓(GaN)制造的蓝光LED成本。

  “我们在利用碳化硅晶圆片所形成的晶圆尺寸石墨烯上,长出了单晶GaN薄膜;”自称“发明大师”的IBM T.J. Watson研究中心成员Jeehwan Kim表示:“然后整片GaN薄膜被转移到硅基板上,石墨烯则仍留在SiC晶圆片上重复使用,再继续长出GaN薄膜、转移薄膜的程序。”

  他指出,比起采用昂贵的SiC或蓝宝石晶圆片、且只能单次使用以长出GaN薄膜的传统方式,这种新方法的成本效益要高出许多,而且他们发现以新方法在石墨烯上长出的薄膜质量,高于采用其他基板长出的薄膜(缺陷密度较低)。

  要长出晶圆尺寸的单层石墨烯薄膜非常具挑战性,为了利用石墨烯制造IC半导体组件,专家们在过去尝试了许多不同的方法,可惜只有部分取得成功;目前发现采用SiC晶圆片、然后将硅汽化,是最可靠的方法之一。

  而IBM的Kim证实,将SiC晶圆片的硅汽化之后,所留下的石墨烯薄膜能稳妥地转移至硅基板上;此外他们也证实,这种方式产出的石墨烯质量,优于直接在要运用石墨烯的晶圆片上所生长的石墨烯品质。

  至于在石墨烯上长出其他薄膜,又为该种材料开辟了一种新应用途径;Kim将他开发的技术称为“在磊晶石墨烯上生长高质量单晶GaN薄膜的直接凡德瓦磊晶法 (direct van der Waals epitaxy)”。他声称,以这种方式生长的GaN薄膜或是其他薄膜,可随意移植到任何一种基板上,支持例如等组件的制造。

  由于Kim的实验室以上述方法制作的用GaN薄膜,是成功重复利用SiC晶圆片上的石墨烯长成,他们认为这是可利用石墨烯大幅降低半导体组件制造 成本的全新方式:“我们首度证实能在石墨烯上生长晶圆尺寸的单晶薄膜,而且石墨烯还能重复利用;此外我们的研发成果也为在石墨烯上生长高质量单晶半导体元 件提供了一个通用准则。”

  将SiC晶圆片的硅汽化之后,能剥离出单层石墨烯,并将之转移到任何一种基板上,例如结晶硅。因为在将生长于其上的薄膜剥离后,完整的石墨烯层并没有被破坏,Kim也尝试在该完美结晶石墨烯基板上生长其他种类的半导体组件,然后再将之转移到其他地 方,例如软性基板;他表示,这种技术有机会催生高频晶体管、光探测器、生物传感器以及其他“后硅时代”组件,IBM已经为此在接下来五年投资30亿美元(人民币约183.75亿元)。

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