物理学：石墨烯成为制造具有非凡特性二维半导体的关键！
举例说明迁移增强封装生长（MEEG）工艺，以稳定非天然存在的新型宽带隙二维氮化物半导体。石墨烯晶格中的缺陷促进了MEEG，其作为插层的途径。当镓和氮原子在石墨烯/ SiC界面处相遇时，它们发生化学反应以形成二维氮化镓。图片来源：Z。Al Balushi和Stephen Weitzner，Penn State MatSE。
新发现的制造二维材料的方法可能会产生新的和非凡的特性，特别是在一类称为氮化物的材料中，宾夕法尼亚州的材料科学家说，他们发现了这一过程。这种首次使用石墨烯封装的二维氮化镓的增长可以应用于深紫外激光器，下一代电子器件和传感器。
“这些实验结果开辟了二维材料研究的新途径，”材料科学与工程副教授Joshua Robinson说。“这项工作的重点是制造二氧化镓，这是以前从未做过的。”
已知三维形式的氮化镓是宽带隙半导体。宽带隙半导体对于高频，高功率应用非常重要。当以二维形式生长时，氮化镓从宽带隙材料转变为超宽带隙材料，使其可以工作的能谱有效地增加三倍，包括整个紫外，可见和红外光谱。这项工作将对操纵和传输光的电光器件产生特别的影响。
“这是一种考虑合成二维材料的新方法，”Zak Al Balushi博士说。由罗宾逊和材料科学与工程和电气工程教授Joan Redwing共同主持的候选人。Al Balushi是今天（8月29日）在线发表在“ 自然材料 ” 杂志上的一篇论文的第一作者，题目是“通过石墨烯封装实现的二维氮化镓”。
“我们有这种自然发生的二维材料，”他继续道。“但要扩展到这一点，我们必须合成自然界中不存在的材料。通常，新材料系统非常不稳定。但我们的生长方法，称为迁移增强封装生长（MEEG），使用一层石墨烯来帮助生长并稳定二氧化镓的稳健结构。“
石墨烯生长在碳化硅衬底上，碳化硅是技术上重要的衬底，广泛用于工业中的LED，雷达和电信。加热时，表面上的硅分解并留下富含碳的表面，可以重建为石墨烯。以这种方式生产石墨烯的优点在于两种材料相遇的界面非常光滑。
罗宾逊认为，在二维氮化镓的情况下，添加一层石墨烯会产生重大影响。石墨烯，一个原子厚的碳原子层，以其卓越的电子特性和强度而闻名。
“这是关键，”罗宾逊说。“如果你试图以传统的方式生长这些材料，在碳化硅上，你通常只会形成岛屿。它不会在碳化硅上以漂亮的层生长。”
当镓原子加入到混合物中时，它们通过石墨烯迁移并形成夹层的中间层，石墨烯漂浮在顶部。当加入氮原子时，发生化学反应，使镓和氮转化为氮化镓。
“MEEG工艺不仅生产超薄氮化镓薄片，而且还改变了材料的晶体结构，这可能导致电子和光电子学的全新应用，”Redwing说。
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