金属上外延大面积高质量硅插层石墨烯的纳电子器件研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61474141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    92.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0405.半导体器件物理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

It is critical to investigate the synthesis of large scale and high quality graphene, fabrication of the electronic devices and integration of nanocircuits for its future applications in semiconductor industry. Direct epitaxial growth of graphene on single crystal metal substrates or thin films, and intercalation of Si layer or SiOx layer into the interface between graphene and metal substrates or thin films, and fabrication of nanoelectronic devices and final integration of nanocircuits is a potential route, providing a desirable platform and strong motivation for graphene research. In this project, we are proposing to epitaxially grow monolayer and single crystalline graphene in milimeter scale, then intercalate Si layers into the interface between the metal substrates or thin films and graphene with controllable thickness, and oxize the Si layers by tuning the experimental parameters in a precise way, yielding a reliable insulating dielectric layer for in-situ fabrication of nanoelectronic devices based on the high quality graphene; then investigate the fabrication process of the electronic devices and measure their electronic transport characteristics; by controlling the interface features between graphene and intercalated Si layers, investigate the heterostructure of graphene-Si on metal substrate and their transport response in longitudinal direction; finallly in-situ fabrication of nanoelectronic devices like field-effect transistors and logic gates, and combine them together to construct nanocircuits and test their electronic performance, exploring a reliable way for direct fabrication of electronic devices and construction of nanocircuits after epitaxial growth.
探索合成大面积、高质量的石墨烯的方法、研究其电子器件性能并构筑纳米电路对于未来石墨烯在半导体工业的应用具有重要意义。直接在金属单晶基底(薄膜)上外延石墨烯层,并在石墨烯与金属基底(薄膜)界面处插入半导体Si层或Si氧化物层,利用顶层石墨烯制作纳米器件并构筑纳米电路是一条潜在可行的途径。本课题将通过精确控制生长条件,在金属基底上外延毫米级单层石墨烯薄膜后通过控制插入Si层的厚度并加以氧化,得到理想的绝缘层;然后探索在金属基底上生长的插氧化硅石墨烯薄膜的器件制作工艺并测量其电输运性能;控制石墨烯与所插Si层的界面特性,研究金属基底上graphene-Si异质结构在垂直方向的输运特性;最后直接在石墨烯/氧化硅/金属体系原位加工各种半导体器件,将其组合在一起共同构成简单逻辑器件(如与门、非门等)甚至纳米电路,探索外延生长石墨烯后直接构筑纳米电路的技术途径。

结项摘要

无需转移,直接在金属单晶基底(薄膜)上外延高质量、大面积石墨烯,并在石墨烯与金属基底(薄膜)界面处插入半导体Si层或Si氧化物层,进而利用石墨烯制作纳米器件对于石墨烯在半导体工业的应用具有重要意义。针对石墨烯插层的关键科学问题,本课题开展了基于金属(金属单晶、薄膜)外延生长的石墨烯插层的可控制备、表征,纳电子器件制作以及输运性质的研究,并对器件制作工艺(如绝缘层、顶栅制作、金属电极等)进行深入探索和研究,在外延生长石墨烯薄膜上原位制作了纳电子器件(无转移),取得了以下结果:1)掌握了控制石墨烯与所插Si层或SiOx界面均匀性及厚度的工艺,获得了满足半导体器件应用的均匀可靠的SiOx绝缘层;2)掌握了利用微加工手段在金属单晶基底、薄膜上外延生长的graphene/SiOx异质薄膜上原位制作霍尔器件、场效应晶体管的工艺;3)利用四探针扫描隧道显微镜测量了这些器件在变温(10-300 K)条件下的输运性质,获得金属上外延生长的石墨烯的迁移率等基本物理参量;4)研究了单晶金属基底、薄膜上Graphene/Si异质结构的肖特基接触特性。.项目实施后共发表SCI论文11篇,其中包括Nano Letters 2篇,Advanced Materials 1篇,Advanced Electronic Materials 1篇,Applied Physics Letters 1篇,ACS Applied Materials & Interfaces 1篇等。申请国家发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
From bidirectional rectifier to polarity-controllable transistor in black phosphorus by dual gate modulation
从双向整流器到双栅极调制的黑磷极性可控晶体管
  • DOI:
    10.1088/2053-1583/aa6535
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    2D Materials
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Wang Guocai;Bao Lihong;Ma Ruisong;Pei Tengfei;Zhang Yu-Yang;Wu Liangmei;Zhou Zhang;Yang Haifang;Li Junjie;Gu Changzhi;Du Shixuan;Pantelides Sokrates T.;Gao Hong-Jun
  • 通讯作者:
    Gao Hong-Jun
Intrinsic charge transport behaviors in graphene-black phosphorus van der Waals heterojunction devices
石墨烯-黑磷范德华异质结器件的本征电荷传输行为
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/27/7/077303
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Wang Guo-Cai;Wu Liang-Mei;Yan Jia-Hao;Zhou Zhang;Ma Rui-Song;Yang Hai-Fang;Li Jun-Jie;Gu Chang-Zhi;Bao Li-Hong;Du Shi-Xuan;Gao Hong-Jun
  • 通讯作者:
    Gao Hong-Jun
Thick Layered Semiconductor Devices with Water Top-Gates: High On-Off Ratio Field-Effect Transistors and Aqueous Sensors
具有水顶栅的厚层半导体器件:高开关比场效应晶体管和水传感器
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b05932
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Huang Yuan;Sutter Eli;Wu Liang Mei;Xu Hong;Bao Lihong;Gao Hong-Jun;Zhou Xing-Jiang;Sutter Peter
  • 通讯作者:
    Sutter Peter
Direct measurements of conductivity and mobility in millimeter-sized single-crystalline graphene via van der Pauw geometry
通过范德堡几何结构直接测量毫米级单晶石墨烯的电导率和迁移率
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/6/066801
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Ma Rui-Song;Huan Qing;Wu Liang-Mei;Yan Jia-Hao;Zhang Yu-Yang;Bao Li-Hong;Liu Yun-Qi;Du Shi-Xuan;Gao Hong-Jun
  • 通讯作者:
    Gao Hong-Jun
Introduction of Interfacial Charges to Black Phosphorus for a Family of Planar Devices
在一系列平面器件中向黑磷引入界面电荷
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.6b02704
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Wang Guocai;Bao Lihong;Pei Tengfei;Ma Ruisong;Zhang Yu-Yang;Sun Liling;Zhang Guangyu;Yang Haifan;Li Junjie;Gu Changzhi;Du Shixuan;Pantelides Sokrates T.;Schrimpf Ronald D.;Gao Hong-jun
  • 通讯作者:
    Gao Hong-jun

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其他文献

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    许宏;孟蕾;李杨;杨天中;鲍丽宏;刘国东;赵林;刘天生;邢杰;高鸿钧;周兴江;黄元
  • 通讯作者:
    黄元
低维原子/分子晶体材料的可控生长、物性调控和原理性应用
  • DOI:
    10.7498/aps.67.20180846
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    黄立;李更;张余洋;鲍丽宏;郇庆;林晓;王业亮;郭海明;申承民;杜世萱;高鸿钧
  • 通讯作者:
    高鸿钧
Formation and photoluminescence properties of boron nanocones
硼纳米锥的形成及其光致发光特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王兴军;田继发;鲍丽宏;杨天中;惠超;刘飞;申承民;许宁生;高鸿钧
  • 通讯作者:
    高鸿钧
Synthesis and photoluminescence property of boron carbide nanowires
碳化硼纳米线的合成及其光致发光性能
  • DOI:
    10.1063/1.472225
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
    Journal of Chemical Physics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    鲍丽宏;李晨;田园;田继发;惠超;王兴军;申承民;高鸿钧
  • 通讯作者:
    高鸿钧

其他文献

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二维原子晶体热电材料的制备、物性及纳电子器件研究
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    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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