鄭州大學在半導體光電器件領(lǐng)域取得突破性進展

日前，鄭州大學物理學院在石墨相氮化碳（g-CN）薄膜的可控制備和光電器件領(lǐng)域取得突破性進展，相關(guān)成果以題為“Wafer-scale growth of two-dimensional graphitic carbon nitride films”的論文發(fā)表在Cell旗艦期刊《Matter》上。物理學院碩士研究生劉志豫、深圳大學物理與光電工程學院副研究員王春楓和物理學院朱志立副教授為共同第一作者，物理學院婁慶副教授、董林教授和單崇新教授為共同通訊作者，鄭州大學為第一作者單位。

據(jù)了解，g-CN是一種類石墨烯二維碳基層狀材料，被稱為可見光催化領(lǐng)域的“圣杯”。與石墨烯所不同，g-CN具有2.7 eV的本征光子帶隙，故而其在半導體光電器件領(lǐng)域的研究與應用備受期待。然而，之前該材料報道多為粉末或塊體，雖可通過剝離處理及涂布制備薄膜，但其晶體質(zhì)量、界面缺陷、表面粗糙度等均無法滿足半導體光電器件的基本要求，嚴重阻礙了其在半導體器件領(lǐng)域的發(fā)展。因此，開發(fā)新的薄膜生長工藝，獲得高質(zhì)量g-CN薄膜對其在半導體器件領(lǐng)域的潛在應用非常重要。

針對該問題，課題組提出采用氣相傳輸輔助縮聚的思路，通過促進襯底表面的前驅(qū)體橫向遷移，解決了傳統(tǒng)高溫氣相合成工藝中的非平衡縮聚問題，首次實現(xiàn)了晶圓級大面積高質(zhì)量g-CN薄膜的可控制備。同時，課題組開發(fā)出水輔助綠色濕法轉(zhuǎn)移工藝，該工藝與現(xiàn)有微納光刻工藝完全兼容，且以水為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，無環(huán)境危害。

在此基礎(chǔ)上，課題組實現(xiàn)了基于g-CN薄膜的柔性大面積光電探測器陣列，并展示了其在成像領(lǐng)域的應用潛力。該研究解決了g-CN基半導體器件實現(xiàn)面臨的材料大面積可控生長這一基礎(chǔ)性問題，有望推動g-CN材料在半導體光電領(lǐng)域的應用發(fā)展。

該工作得到了國家自然科學基金、河南省科技攻關(guān)項目和深圳市基礎(chǔ)研究項目的支持。