郑州大学物理学院在半导体光电器件领域取得重要进展

发布时间:2021年03月17日浏览次数:

日前,郑州大学物理学院在石墨相氮化碳(g-CN)薄膜的可控制备和光电器件领域取得进展,相关成果以题为“Wafer-scale growth of two-dimensional graphitic carbon nitride films”的论文发表在Cell旗舰期刊《Matter》上。郑州大学物理学院硕士研究生刘志豫、材料学院博士研究生王春枫(现就职于深圳大学物理与光电工程学院)和物理学院朱志立副教授为共同第一作者,郑州大学物理学院娄庆副教授、董林教授和单崇新教授为共同通讯作者,郑州大学为第一作者单位。

g-CN是一种类石墨烯二维碳基层状材料,被称为可见光催化领域的“圣杯”。与石墨烯所不同,g-CN具有2.7 eV的本征光子带隙,故而其在半导体光电器件领域的研究与应用备受期待。然而,之前该材料报道多为粉末或块体,虽可通过剥离处理及涂布制备薄膜,但其晶体质量、界面缺陷、表面粗糙度等均无法满足半导体光电器件的基本要求,严重阻碍了其在半导体器件领域的发展。因此,开发新的薄膜生长工艺,获得高质量g-CN薄膜对其在半导体器件领域的潜在应用非常重要。

针对该问题,课题组提出采用气相传输辅助缩聚的思路,通过促进衬底表面的前驱体横向迁移,解决了传统高温气相合成工艺中的非平衡缩聚问题,首次实现了晶圆级大面积高质量g-CN薄膜的可控制备。同时,课题组开发出水辅助绿色湿法转移工艺,该工艺与现有微纳光刻工艺完全兼容,且以水为转移介质,无环境危害。在此基础上,课题组实现了基于g-CN薄膜的柔性大面积光电探测器阵列,并展示了其在成像领域的应用潜力。该研究解决了g-CN基半导体器件实现面临的材料大面积可控生长这一基础性问题,有望推动g-CN材料在半导体光电领域的应用发展。

该工作得到了国家自然科学基金、河南省科技攻关项目和深圳市基础研究项目的支持。

文章链接:https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00069-2

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