物理學：石墨烯成為製造具有非凡特性二維半導體的關鍵！
舉例說明遷移增強封裝生長（MEEG）工藝，以穩定非天然存在的新型寬帶隙二維氮化物半導體。石墨烯晶格中的缺陷促進了MEEG，其作為插層的途徑。當鎵和氮原子在石墨烯/ SiC界面處相遇時，它們發生化學反應以形成二維氮化鎵。圖片來源：Z。Al Balushi和Stephen Weitzner，Penn State MatSE。
新發現的製造二維材料的方法可能會產生新的和非凡的特性，特別是在一類稱為氮化物的材料中，賓夕法尼亞州的材料科學家說，他們發現了這一過程。這種首次使用石墨烯封裝的二維氮化鎵的增長可以應用於深紫外激光器，下一代電子器件和傳感器。
“這些實驗結果開闢了二維材料研究的新途徑，”材料科學與工程副教授Joshua Robinson說。“這項工作的重點是製造二氧化鎵，這是以前從未做過的。”
已知三維形式的氮化鎵是寬帶隙半導體。寬帶隙半導體對於高頻，高功率應用非常重要。當以二維形式生長時，氮化鎵從寬帶隙材料轉變為超寬帶隙材料，使其可以工作的能譜有效地增加三倍，包括整個紫外，可見和紅外光譜。這項工作將對操縱和傳輸光的電光器件產生特別的影響。
“這是一種考慮合成二維材料的新方法，”Zak Al Balushi博士說。由羅賓遜和材料科學與工程和電氣工程教授Joan Redwing共同主持的候選人。Al Balushi是今天（8月29日）在線發表在“ 自然材料 ” 雜誌上的一篇論文的第一作者，題目是“通過石墨烯封裝實現的二維氮化鎵”。
“我們有這種自然發生的二維材料，”他繼續道。“但要擴展到這一點，我們必須合成自然界中不存在的材料。通常，新材料系統非常不穩定。但我們的生長方法，稱為遷移增強封裝生長（MEEG），使用一層石墨烯來幫助生長並穩定二氧化鎵的穩健結構。“
石墨烯生長在碳化硅襯底上，碳化硅是技術上重要的襯底，廣泛用於工業中的LED，雷達和電信。加熱時，表面上的硅分解並留下富含碳的表面，可以重建為石墨烯。以這種方式生產石墨烯的優點在於兩種材料相遇的界面非常光滑。
羅賓遜認為，在二維氮化鎵的情況下，添加一層石墨烯會產生重大影響。石墨烯，一個原子厚的碳原子層，以其卓越的電子特性和強度而聞名。
“這是關鍵，”羅賓遜說。“如果你試圖以傳統的方式生長這些材料，在碳化硅上，你通常只會形成島嶼。它不會在碳化硅上以漂亮的層生長。”
當鎵原子加入到混合物中時，它們通過石墨烯遷移並形成夾層的中間層，石墨烯漂浮在頂部。當加入氮原子時，發生化學反應，使鎵和氮轉化為氮化鎵。
“MEEG工藝不僅生產超薄氮化鎵薄片，而且還改變了材料的晶體結構，這可能導致電子和光電子學的全新應用，”Redwing說。
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