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瑞典查爾姆斯理工大學副教授Jie SUN:GaN光電器件CVD石墨烯透明電極研究進展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2017-11-02 來源:中國半導體照明網(wǎng)瀏覽次數(shù):426
   2017年11月1日,第十四屆中國國際半導體照明論壇在北京·順義·首都機場希爾頓酒店隆重開幕。本次論壇由由北京市順義區(qū)人民政府、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(CASA)和國家半導體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)主辦,中關村科技園區(qū)順義園管理委員會、北京半導體照明科技促進中心、北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進中心有限公司承辦,得到了科技部、發(fā)改委、國標委和北京市科委等主管部門的大力支持。會期兩天半,期間舉行全體大會2場,技術分會16場,產(chǎn)業(yè)峰會3場,專題分會或活動7場,來自美國、英國、德國、意大利、香港、臺灣等國家或地區(qū)的百余名半導體相關研究機構、企業(yè)技術專家擔任演講嘉賓。
  在2日下午,東旭光電科技股份有限公司、湖州明朔光電科技有限公司協(xié)辦的新型顯示與照明技術分會場火爆,重量級前沿報告應接不暇。其中來自瑞典查爾姆斯理工大學副教授Jie SUN帶來了關于GaN光電器件CVD石墨烯透明電極研究進展,讓與會代表拍手稱贊!
 
  石墨烯傳統(tǒng)上是通過石墨機械剝落制備的,且大面積單層石墨烯的制備很有挑戰(zhàn)性。為此,化學氣相沉積(CVD)在過渡金屬上石墨烯最近被發(fā)展。自2009年以來,在Chalmers我們已經(jīng)在金屬箔(Cu,Pt,Ta等)上生長了單層石墨烯,在硅襯底上蒸鍍了金屬薄膜.9-9 CH4或C2H2作為反應物,石墨烯通過商業(yè)直冷式Aixtron系統(tǒng)生長。通過濕化學法蝕刻銅或更環(huán)保的電化學氣泡分層,石墨烯可以轉(zhuǎn)移到其他基底,如SiO2 / Si。通過場效應和霍爾效應測試,電子和空穴的載流子遷移率約為3000 cm2 /(Vs)。一些器件顯示出遷移率為?5000 cm2 /(Vs)。
  Jie SUN教授表示,我們在做無金屬催化劑時,直接用CVD法在絕緣子上生長石墨烯。沉積的石墨烯是納米晶體、面積大且均勻。盡管與催化石墨烯相比,其遷移率(40 cm2 /(Vs))較低,但其透明度(97%)和電導率(1-幾kΩ/□無有意摻雜)與標準石墨烯相似,使得無轉(zhuǎn)印石墨烯非常有望應用于透明電子器件和分子電子學。石墨烯可以在耐高溫的任意電介質(zhì)上生長。我們提出了一種新型的非催化CVD(與金屬上的催化石墨烯CVD相對)的機理來解釋我們的實驗結果。催化和非催化的石墨烯都可以懸浮,有希望用于納米機電系統(tǒng)(NEMS)。
 
  同時,Jie SUN教授還介紹了CVD石墨烯發(fā)現(xiàn)其在GaN基光電子學中的應用。GaN化合物廣泛用于發(fā)光二極管(LED),光譜覆蓋黃色到紫外線光。我們首先研究了用CVD生長的石墨烯作為懸浮透明電極的有序和密集的GaN發(fā)光納米棒。作為氧化銦錫(ITO)的替代品,石墨烯避免了復雜的加工,填補納米棒和隨后的表面平整之間的間隙,并提供高導電性改善載流子注入。與傳統(tǒng)的平面GaN - 石墨烯二極管相比,制造的器件的光輸出功率提高了32%,這主要是由于發(fā)光面積擴大了很多。
 
  然而,盡管石墨烯具有良好的導電性和透明性,但是由于其與GaN費米能級的失配,它們的電接觸不是歐姆的,導致器件在實際應用中不能承受高工作電壓。為了進一步了解此問題,CVD石墨烯用在(平面)GaN LED上作為透明電極,其中7-10nm的ITO接觸層插入在石墨烯和p-GaN之間以增強空穴注入.,此器件具有正向電壓和透明的特點,相比于使用傳統(tǒng)240nm ITO的器件具有更好的紫外線性能。這一結果表明,導通電壓的問題確實歸因于差的石墨烯-GaN接觸,這可以通過插入薄的ITO中間層來解決。
 
  然而,由于銦資源稀缺,ITO夾層解決方案不可持續(xù)。因此,我們建議通過CVD直接在GaN上沉積石墨烯。在高溫和高真空CVD室中生產(chǎn)石墨烯-GaN界面,從而改善電性能。此外,可以通過石墨烯的原位摻雜,其將進一步調(diào)節(jié)費米能級以匹配p-GaN。而且,這是一種可重現(xiàn)和可擴展的技術,擺脫了與CVD石墨烯復雜轉(zhuǎn)移過程相關的所有不確定性和不可復制性。本文將介紹一些關于直接生長方法的初步結果并且表明其在GaN光電子學實際工業(yè)應用中的前景光明。
 
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