世界上幾乎所有的半導(dǎo)體技術(shù)研究機(jī)構(gòu)都在嘗試制造單層石墨烯(graphene)，并將其視為優(yōu)于硅的新一代IC材料；不過現(xiàn)在IBM的研究人員卻發(fā)現(xiàn)石墨烯材料的另一種優(yōu)勢(shì)能大幅降低采用氮化鎵(GaN)制造的藍(lán)光LED成本。

“我們?cè)诶锰蓟杈A片所形成的晶圓尺寸石墨烯上，長出了單晶GaN薄膜；”自稱“發(fā)明大師”的IBM T.J. Watson研究中心成員Jeehwan Kim表示：“然后整片GaN薄膜被轉(zhuǎn)移到硅基板上，石墨烯則仍留在SiC晶圓片上重復(fù)使用，再繼續(xù)長出GaN薄膜、轉(zhuǎn)移薄膜的程序。”

他指出，比起采用昂貴的SiC或藍(lán)寶石晶圓片、且只能單次使用以長出GaN薄膜的傳統(tǒng)方式，這種新方法的成本效益要高出許多，而且他們發(fā)現(xiàn)以新方法在石墨烯上長出的薄膜質(zhì)量，高于采用其他基板長出的薄膜(缺陷密度較低)。

要長出晶圓尺寸的單層石墨烯薄膜非常具挑戰(zhàn)性，為了利用石墨烯制造IC半導(dǎo)體組件，專家們?cè)谶^去嘗試了許多不同的方法，可惜只有部分取得成功；目前發(fā)現(xiàn)采用SiC晶圓片、然后將硅汽化，是最可靠的方法之一。

而IBM的Kim證實(shí)，將SiC晶圓片的硅汽化之后，所留下的石墨烯薄膜能穩(wěn)妥地轉(zhuǎn)移至硅基板上；此外他們也證實(shí)，這種方式產(chǎn)出的石墨烯質(zhì)量，優(yōu)于直接在要運(yùn)用石墨烯的晶圓片上所生長的石墨烯品質(zhì)。

至于在石墨烯上長出其他薄膜，又為該種材料開辟了一種新應(yīng)用途徑；Kim將他開發(fā)的技術(shù)稱為“在磊晶石墨烯上生長高質(zhì)量單晶GaN薄膜的直接凡德瓦磊晶法 (direct van der Waals epitaxy)”。他聲稱，以這種方式生長的GaN薄膜或是其他薄膜，可隨意移植到任何一種基板上，支持例如等組件的制造。

由于Kim的實(shí)驗(yàn)室以上述方法制作的用GaN薄膜，是成功重復(fù)利用SiC晶圓片上的石墨烯長成，他們認(rèn)為這是可利用石墨烯大幅降低半導(dǎo)體組件制造 成本的全新方式：“我們首度證實(shí)能在石墨烯上生長晶圓尺寸的單晶薄膜，而且石墨烯還能重復(fù)利用；此外我們的研發(fā)成果也為在石墨烯上生長高質(zhì)量單晶半導(dǎo)體元 件提供了一個(gè)通用準(zhǔn)則。”

將SiC晶圓片的硅汽化之后，能剝離出單層石墨烯，并將之轉(zhuǎn)移到任何一種基板上，例如結(jié)晶硅。因?yàn)樵趯⑸L于其上的薄膜剝離后，完整的石墨烯層并沒有被破壞，Kim也嘗試在該完美結(jié)晶石墨烯基板上生長其他種類的半導(dǎo)體組件，然后再將之轉(zhuǎn)移到其他地 方，例如軟性基板；他表示，這種技術(shù)有機(jī)會(huì)催生高頻晶體管、光探測(cè)器、生物傳感器以及其他“后硅時(shí)代”組件，IBM已經(jīng)為此在接下來五年投資30億美元(人民幣約183.75億元）。（責(zé)編：Nicole）



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