闽都创新实验室开发出直接在gan led外延层上无转移生长2英寸晶圆级图案化石墨烯的技术 -九游会ag
日期：
2023-12-06
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gan发光二极管（led）是重要发光和显示器件。氧化铟锡（ito）透明电极是其关键部件，但铟资源的稀缺却使其成本增加。化学气相沉积（）石墨烯面积大、质量高，是ito的理想替代品，各国cvd石墨烯在gan应用的报道都在激增。然而，这些研究只停留在实验室基础研究阶段。限制其实用化的根本瓶颈在于，常规cvd生长技术中，必须将原子级厚度的石墨烯从金属催化剂剥离转移至gan，其过程不仅可控性差，而且易产生孔洞、褶皱。 鉴于此，闽都创新实验室/福州大学孙捷团队另辟蹊径，开发了一种直接在gan led上无转移生长2英寸晶圆级图案化石墨烯的技术。仅在600°c沉积温度下，通过cvd在3分钟内就可直接在gan上合成作为透明电极和散热器的高质量石墨烯。采用的co薄层既用作石墨烯生长的催化剂，也同时用作干法刻蚀gan台面的掩模，这种二合一的巧妙工艺设计大提高了半导体器件制程的效率。由于石墨烯的生长只在催化剂表面发生，而催化剂已经事先图形化了，这就使得石墨烯自动被图形化。因此，本技术包含了一种石墨烯的无光刻图形化工艺，避免了石墨烯与光刻胶接触导致污染和掺杂等棘手问题。之后，使用该团队独创的“穿透腐蚀法”，腐蚀液可穿过pmma薄层和石墨烯层，柔和地去除掉co，使石墨烯和p-gan之间实现欧姆接触，接触仅为0.421ωcm2。石墨烯面电阻为631.2ωsq−1。实验中，通过更低的结温和热阻，证明该器件在散热性能方面也优于同类的无石墨烯led。该研究工作除实现了优异的器件性能外，更重要的是，所开发的二维材料技术是可按比例放大的，石墨烯不需要转移，工艺与半导体平面工艺兼容，这就向二维材料的真正实用化迈出了关键一步。研究成果以“transfer-free rapid growth of 2-inch wafer-scale patterned graphene as transparent conductive electrodes and heat spreaders for gan leds”为题发表nature合作期刊npj 2d materials and applications，第一作者为博士生熊访竹，通信作者为闽都创新实验室和福州大学的孙捷教授。孙捷教授是世界上最早进行外延层上直接生长石墨烯的研究者。 文章链接：https://doi.org/10.1038/s41699-023-00434-9
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