国产8英寸石墨烯晶圆成果
应用领域
半导体 集成电路行业
成果简介
在2021年召开的“全球IEEE（电气和电子工程师协会）国际芯片导线技术会议”上，IMEC（欧洲微电子研究中心）提出了四种延续摩尔定律、打破2nm芯片物理极限的方法。这几种方法无一不是建立在了使用“石墨烯材料”的基础之上。经过讨论，专家组最终达成一致，将石墨烯定位下一代新型半导体材料，将碳基芯片定义为下一个芯片时代的主流。 正如单晶硅晶圆推动了传统硅基集成电路产业60 余年的繁荣发展，单晶石墨烯晶圆的批量制备，有利于解决碳基电子器件实用化面临的技术障碍，加速推进我国碳基集成电路技术的创新跨越发展，同时也对石墨烯在传感器[2]、可穿戴设备、数据通信、以及新能源等多项前沿领域规模化应用具有深远影响。
中科院上海微系统所研究团队从2010年起就一直致力于高质量石墨烯电子材料制备方面的研究。团队花10年工夫，掌握了石墨烯单晶晶圆可控制备技术，实现了4—8英寸单晶的小批量生产。在国家科技重大专项、上海市科委项目支持下，团队解决了用籽晶制备单晶的技术难题，让一个几百微米大小的石墨烯籽晶在二维平面上生长。经过约2.5小时，籽晶能生长成1.5英寸大小的石墨烯单晶，生长速度和单晶尺寸都创造了世界纪录。经过后期设计优化，团队已能制备8英寸石墨烯单晶晶圆。团队还在国际上首次实现了半导体锗基石墨烯CVD(化学气相沉积）制备，研制出4英寸锗基石墨烯晶圆。团队在高品质石墨烯电子材料制备方面取得多项突破，于2020年4月获得上海市自然科学奖一等奖。此外，团队还在石墨烯材料制备与器件应用领域申请100余项专利，授权70余项，其中国际专利9项。
经济效益与社会效益
2020年，在石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）主办的2020中国国际石墨烯创新大会上，中科院上海微系统所科研团队发布了国产8英寸石墨烯晶圆成果，目前该成果进入小规模量产阶段，不管在产品尺寸、产品质量方面均处于国际领先地位！这是由我国自主研发，自主知识产权的全新形态晶圆。它不同于目前的硅基晶圆，是由碳元素为基底构成的晶圆，一旦投入量产，这种晶圆就可以用于生产全新材质的芯片，并且，很有可能会改写全球芯片发展的轨迹。