【DT半導體】獲悉，隨著人工智能（AI）技術的進步，對半導體性能的提升需求不斷增長，同時人們對降低半導體器件功耗的研究也日趨活躍，替代傳統硅的新型半導體材料備受關注。石墨烯、過渡金屬二硫化物（TMD）等二維材料因結構薄、電學性能優異成為新一代半導體的理想材料，但目前還缺乏高質量合成和工業應用的量產技術。

化學氣相沉積法（CVD）存在諸如電性能下降以及需要將生長的TMD轉移到不同襯底等問題，增加了工藝的復雜性。此外，在高度結晶的襯底上生長TMD的“外延”方法也需要轉移過程，并且僅限于特定襯底。因此，基于高質量TMD 的先進3D集成技術的開發已成為現代半導體工業面臨的關鍵挑戰，進一步強調了對新型TMD合成方法的迫切需求。

為了解決這個問題，首爾大學聯合三星電子開發了一種全新的生長方法：利用二維材料（例如石墨烯和六方氮化硼）作為模板，引導TMD晶體排列，從而能夠在任何襯底上合成完美的單晶TMD薄膜。研究人員為這種方法起名為“Hypotaxy”。

Hypotaxy 技術的提出，為石墨烯半導體的發展提供了一條全新的路線。該方法利用石墨烯作為模板，引導 TMDs 在其下方有序排列并形成高質量的單晶薄膜。這一過程不僅可以在各種基板上直接生長高質量的石墨烯-TMDs 復合結構，還能避免傳統CVD方法所需的材料轉移步驟，從而提高制造工藝的簡便性和器件的均勻性。此外，由于Hypotaxy 過程可在400°C的低溫環境下進行，能夠與現有的半導體制造工藝兼容，滿足集成電路制造的要求。 Hypotaxy 技術結合了石墨烯和TMDs的優勢，實現了高遷移率、高穩定性和低功耗的半導體材料體系。在這一體系中，石墨烯不僅充當了生長模板，還能有效提升TMDs的電子輸運特性。通過在石墨烯上預先設計納米孔結構，可以精確控制 TMDs 的生長區域，從而形成具有特定帶隙和電子特性的納米器件。

石墨烯在晶體管中的應用

石墨烯在晶體管領域的應用主要集中在高頻電子器件和低功耗邏輯電路中。由于其極高的載流子遷移率，石墨烯場效應晶體管（GFET）在高頻電子學中具有廣泛的應用前景。例如，GFET 已在太赫茲（THz）探測器、射頻放大器和高速光電探測器中取得了重要突破。此外，隨著異質集成技術的發展，石墨烯與氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等寬禁帶半導體結合的研究也備受關注，旨在提高高功率電子器件的性能。 在低功耗邏輯電路中，石墨烯的零帶隙問題使其難以直接替代硅。然而，通過構建雙層石墨烯并施加垂直電場，研究人員可以在不犧牲電子遷移率的情況下打開石墨烯的帶隙，從而實現高效的場效應晶體管（FET）。此外，利用石墨烯的高導熱性，未來的芯片可以采用石墨烯互連材料，以減少電子器件的熱效應，提高整體計算性能。

石墨烯在光電子器件中的應用

光電子領域是石墨烯半導體最具潛力的應用方向之一。由于石墨烯的超寬帶光吸收特性（涵蓋從紫外到遠紅外的整個光譜范圍）和超快光響應速度，基于石墨烯的光電探測器、激光器和太陽能電池已成為研究熱點。

在光電探測器領域，石墨烯-硅異質結探測器能夠在傳統硅光子技術的基礎上顯著提高響應速度和光電轉換效率。相比于傳統硅光探測器，石墨烯光探測器能夠在更廣泛的光譜范圍內工作，并具有更快的響應時間。因此，石墨烯在高速光通信、量子光學和生物成像領域的應用潛力巨大。

此外，石墨烯在光伏領域的應用也在不斷拓展。研究表明，石墨烯可以作為透明電極材料，用于提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。與傳統的氧化銦錫（ITO）相比，石墨烯具有更高的化學穩定性和機械柔性，使其成為下一代柔性光伏電池的理想選擇。