石墨烯纳米场效应器件新制造方法的研究

以硅为核心的传统微电子器件即将达到其性能的极限，随之而来的纳米电子学对于纳米加工制造提出较为苛刻的要求，采用基于完全不同材料的器件及其加工运行机制是变革的必需。石墨烯这一碳晶体家族中的新成员，集多种优异特性于一身，近年来在电子信息科学、材料科学和凝聚态物理学等领域引起了科学家广泛的关注，其尤其适合于构筑大规模集成电路方面的结构和性能优势表明石墨烯有望替代半导体工业中的硅材料。然而，石墨烯的零带隙半金属特性不能有效关闭器件电流。本项目将针对这一难题，采用首创的杂原子掺杂和外加应力应变两种方法有效调节石墨烯的能带结构，制造纳米场效应器件，并通过理论计算来阐明石墨烯的结构演变与器件的性能之间的规律。该研究会为我国做出一系列具有自主知识产权的创新科技成果，并为将来石墨烯大规模纳米集成电路的研究和应用奠定扎实的科研基础。

在本项目中，我们成功生长出了高质量的石墨烯。在此基础上，我们对石墨烯进行了硼、氮掺杂的研究，并设计和制备出了石墨烯平面异质结。我们还创新性地进行了垂直结构双层石墨烯异质结的生长及场效应晶体管转移特性研究。结果显示，通过非对称性掺杂我们可以调节石墨烯的能带结构。由于掺杂，石墨烯难免存在一些缺陷，我们还利用理论模型研究了石墨烯缺陷偶极子的相互作用及运动规律。. 另外，我们制备出了氮掺杂石墨烯量子点，结果证明其具有良好的双光子特性, 其双光子吸收截面为48000 GM。氮掺杂石墨烯量子点可以用来修饰石墨烯基晶体管。因此，石墨烯量子点与大面积石墨烯的结合，有望在全碳光电器件及传感器领域得到应用。