基于石墨烯的下一代核心半导体技术

信息与通信工程系DGIST(大邱京畿道科学技术研究所)开发了一种基于石墨烯的高性能传输线，与现有的高频金属相比，它具有更高的电子运行速度。

这将大大促进下一代高速半导体和通信设备的发展，其处理速度将大大超过现有的半导体和通信设备。

DGIST宣布，Jae Eun Jang教授的团队在信息与通信工程系研究单层石墨烯的高频传输特性，并开发了一种高性能的高频传输线，增加了石墨烯内部的器件浓度。

这一结果表明，高频传输的特性有了很大的改善，可以替代现有高速半导体加工中使用的金属，有望在未来作为石墨烯的传输线。

由于半导体器件集成度高、速度快，器件间传输信号的金属丝电阻呈几何级数增长，达到了允许电流密度的极限。为了解决这一问题，石墨烯、碳纳米管等碳基纳米结构被认为是现有金属的替代品，作为下一代新材料受到人们的关注。

然而，石墨烯有一个非常薄的0.3纳米碳六角形阵列，导电率是铜的100倍，电子迁移率是硅的100倍。因此，它被认为是一种电子材料，可以取代现有的金属和半导体材料。但纯石墨烯的器件浓度过低，为1012 cm2，具有纳米级的薄结构特征，导致石墨烯电阻过高。

为了克服这些限制，Jang的团队进行了一项研究，通过提高石墨烯内部的器件浓度来改善石墨烯的高频传输特性。通过石墨烯和非晶态碳的结合，研究小组提高了石墨烯的器件浓度，增强了石墨烯的电特性。增加石墨烯的高频传输为-8dB，可与数百纳米尺寸的金属纳米线相媲美。

该团队还证明石墨烯内部的缺陷降低了石墨烯的高频传输，并开发了一种新的、稳定的掺杂技术，将内部缺陷最小化。这种新的掺杂技术使石墨烯器件浓度增加了2倍1013cm2，并表现出稳定的热性能和电特性。

张教授的研究团队开发的高频石墨烯传输线信号传输效率高，运行稳定，可应用于现有半导体行业的金属布线加工以及下一代集成电路。

信息与通信工程系的Jae Eun Jang教授说:“除了设备技术，传输线也是半导体研究领域的一项非常重要的技术。我们开发了一种核心基础技术，可以增强石墨烯的高频传输，可作为下一代传输线。由于纳米工程、电子工程、物理等领域专家的汇聚研究成果，我们希望将石墨烯应用于MMIC、RFIC等高频电路。

本研究是在韩国 科技 部和ICT部以及韩国国家研究基金基础研究项目的支持下进行的，被选为《先进功能材料》封面论文。

目前石墨烯制备方法主要包括化学气相沉积法、溶剂剥离法、氧化还原法、微机械剥离法、外延生长法、电弧法、有机合成法、电化学法等。

以化学气相沉积法(CVD)为例：所谓CVD法，指的是反应物质于气态条件下产生化学反应，进而在加热固态基体表生成固态物质，从而实现固体材料的制成的工艺技术】。

目前，以CVD法进行石墨烯制备时通过将碳氢化合物等含碳气体通入以镍为基片、管状的简易沉积炉中，通过高温将含碳气体分解为碳原子使其沉积于镍的表面，进而形成石墨烯，再通过轻微化学刻蚀来使镍片与石墨烯薄膜分离，从而获得石墨烯薄膜。该薄膜处于透光率为80％的状态下时其导电率便高达1．1×106S／m。通过CVD法可制备出大面积高质量石墨烯，但单晶镍价格则过于昂贵，该方法可满足高质量、规模化石墨烯的制备要求，但工艺复杂，成本高，使得该方法的广泛应用受到限制。

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