石墨烯可大幅降低蓝光LED成本 IBM投资30亿美元

    世界上几乎所有的半导体技术研究机构都在尝试制造单层石墨烯(graphene)，并将其视为优于硅的新一代IC材料；不过现在IBM的研究人员却发现石墨烯材料的另一种优势能大幅降低采用氮化镓(gallium nitride，GaN)制造之蓝光LED成本。

　　“我们在利用碳化硅晶圆片所形成的晶圆尺寸石墨烯上，长出了单晶GaN薄膜；”自称“发明大师(Master Inventor)”的IBM T.J. Watson研究中心成员Jeehwan Kim表示：“然后整片GaN薄膜被转移到硅基板上，石墨烯则仍留在SiC晶圆片上重复使用，再继续长出GaN薄膜、转移薄膜的程序。”

　　他指出，比起采用昂贵的SiC或蓝宝石晶圆片、且只能单次使用以长出 GaN 薄膜的传统方式，这种新方法的成本效益要高出许多，而且他们发现以新方法在石墨烯上长出的薄膜质量，高于采用其他基板长出的薄膜(缺陷密度较低)。

　　IBM研究人员发现，先在SiC晶圆片上长出石墨烯，再于其上长出GaN薄膜，随后将该GaN薄膜转移至硅基板上，能大幅降低目前以单次使用SiC基板方式制作之GaN之成本

　　要长出晶圆尺寸的单层石墨烯薄膜非常具挑战性，为了利用石墨烯制造IC半导体组件，专家们在过去尝试了许多不同的方法，可惜只有部分取得成功；目前发现采用SiC晶圆片、然后将硅汽化(boiling off)，是最可靠的方法之一。

　　而IBM的Kim证实，将SiC晶圆片的硅汽化之后，所留下的石墨烯薄膜能稳妥地转移至硅基板上；此外他们也证实，这种方式产出的石墨烯质量，优于直接在要运用石墨烯的晶圆片上所生长的石墨烯品质。

　　至于在石墨烯上长出其他薄膜，又为该种材料开辟了一种新应用途径；Kim将他开发的技术称为“在磊晶石墨烯上生长高质量单晶GaN薄膜的直接凡德瓦磊晶法 (direct van der Waals epitaxy)”。他声称，以这种方式生长的GaN薄膜或是其他薄膜，可随意移植到任何一种基板上，支持例如等组件的制造。

　  由于Kim的实验室以上述方法制作的用GaN薄膜，是成功重复利用SiC晶圆片上的石墨烯长成，他们认为这是可利用石墨烯大幅降低半导体组件制造 成本的全新方式：“我们首度证实能在石墨烯上生长晶圆尺寸的单晶薄膜，而且石墨烯还能重复利用；此外我们的研发成果也为在石墨烯上生长高质量单晶半导体元 件提供了一个通用准则。”

    将SiC晶圆片的硅汽化之后，能剥离出单层石墨烯，并将之转移到任何一种基板上，例如结晶硅。因为在将生长于其上的薄膜剥离后，完整的石墨烯层并没有被破坏，Kim也尝试在该完美结晶石墨烯基板上生长其他种类的半导体组件，然后再将之转移到其他地 方，例如软性基板；他表示，这种技术有机会催生高频晶体管、光探测器、生物传感器以及其他“后硅时代”组件，IBM已经为此在接下来五年投资30亿美元。

　　责任编辑:ZY  来源:IBM