新墨西哥大学的Sakineh Chabi教授和她的团队首次制造出单层碳化硅(Sakineh Chabi et al, ‘The Creation of True Two-Dimensional Silicon Carbide’, Nanomaterials (2021) 11(7), 1799)。新发现的2D SiC材料具有类似石墨烯的六角形晶格,平均厚度为0.25nm。
理论研究表明,2D-SiC具有稳定的类石墨烯蜂窝结构,是一种直接带隙半导体材料。然而,在实验上,二维碳化硅的生长几十年来一直是科学家们的难题,因为块状碳化硅是一种强共价键合材料。SiC的相邻原子通过共价sp3杂化结合在一起,这比层状材料中的范德华键强得多。此外,块状SiC有超过250种多型体,进一步使合成过程复杂化,使得SiC前体多型的选择极其重要。
Chabi带领她的团队首次展示了通过自上而下的方法(特别是湿剥离方法)成功地将2D SiC从块状SiC中分离出来。与许多其他2D材料(如硅烯)不同的是,所制备的2D SiC纳米片具有环境稳定性,而且没有退化迹象。
2D-SiC也表现出有趣的拉曼行为,不同于块状SiC。结果表明,纳米片的厚度与纵向光学(LO)拉曼模的强度之间存在着很强的相关性。此外,所制备的二维碳化硅显示出可见光发射,表明其在发光器件和集成微电子电路中的潜在应用。
碳化硅是一种具有高热容量和高击穿电压的宽禁带半导体材料,是大功率电子、高温应用和量子信息处理的主导材料。例如,碳化硅被认为是后摩尔时代的理想材料解决方案。然而,所创建的2D SiC材料应在几个方面优于大块SiC。由于维数的降低,2D-SiC具有一系列不寻常的电子、光学和结构特性,例如直接宽带隙特性和埃级厚度,这对于下一代半导体非常重要。研究人员认为,鉴于碳化硅技术(如碳化硅晶片)的高度成熟,将二维碳化硅转化为实际设备的潜力是巨大的。
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原文来源:
http://www.semiconductor-today.com/news_items/2021/oct/universityofnewmexico-081021.shtml
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