化學氣相沉積(CVD)法 CVD法是以銅和鎳等金屬材料作為襯底來生長具有原子級厚度的石墨烯材料。 這種方法獲得的石墨烯材料的面積大、導電性
  •  化學氣相沉積(CVD)法

CVD法是以銅和鎳等金屬材料作為襯底來生長具有原子級厚度的石墨烯材料。

這種方法獲得的石墨烯材料的面積大、導電性高、透光性好和成本低,而且CVD法制作石墨烯器件的工藝與硅工藝非常兼容,是納米半導體器件的主要發展方向。2013年,中國航空工業集團公司北京航空材料研究院宣布已在銅箔表面制備出12英寸以上的石墨烯薄膜,大尺寸、高質量的石墨烯薄膜制備技術也已突破。

石墨烯材料應用前景

因石墨烯具有的較高的載流子遷移率、極高的載流子速度、優異的等比縮小和有限的散射等特性,是電子器件和集成電路的首選材料。在射頻領域,已研制出性能極高的零帶隙大面積石墨烯MOSFET、雙層石墨烯FET等產品;在石墨烯數字邏輯方面,已出現了雙層石墨烯晶體管、納米帶晶體管和隧穿FET及相關電路。

在光纖通信方面,因石墨烯中的電子在遷移時,不會因為晶格缺陷或引入外來原子而發生散射,即使周圍碳原子發生擠撞,石墨烯內部受到的干擾也非常小。若將傳統的信號傳輸銅纜替換為石墨烯,不僅傳輸線纜的重量降低,強度增大,信道降噪抗干擾能力也會得到極大地提升。雖然光纖傳輸速度快,效率也高,但是數據傳輸過程中,光電轉換比較麻煩。如果用石墨烯替代光纖應用于有線傳輸,不僅能保障傳輸速度和質量,還能免除廣電轉換過程,進而省去了一大堆光電轉換設備及研究、制造經費。

在傳感器制造方面,因石墨烯僅吸收2.3%的光,并使所有光譜的光均勻地通過,具有非常好的透光性,可以用于傳感器的制作。據新加坡一個科研團隊展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比傳統傳感器強1000倍——在昏暗的光線環境中, 這類傳感器依然能夠捕捉到較為清晰的物體影像。

國家為何如此重視石墨烯?

石墨烯傳感器

在屏幕制造方面,因具有輕、薄、幾乎完全透光、強度大、柔韌性好等特點,石墨烯是最有潛力替代氧化銦錫的材料。采用石墨烯技術的屏幕和現在的手機屏幕相比,不僅更薄、透光性更好,而且還具有更好的韌性,更不容易破損,甚至還能做成能夠卷起的柔性屏幕。石墨烯屏幕能比現在用的屏幕擁有更好的用戶體驗。 

國家為何如此重視石墨烯?

石墨烯屏幕

在鋰電池上采用石墨烯材料電極,能有效提升電池的提升電池倍率充放電性能、循環壽命和能量密度,具體請參照《華為Mate8的石墨烯電池是怎么回事》。

石墨烯材料對5G通信的意義

相對于上述用途,在無線通信領域石墨烯芯片的大規模應用很有可能會先行一步。

目前主流的4G系統基站雖然已經采用了負責基帶處理的BBU+負責射頻的RRU通過光纖拉遠的架構,但由于機房站址資源日益稀缺和高成本,將BBU集中設置以節省機房的需求越來越強烈,同時也要求對基帶資源共享、集中調度等功能的實現。

由于基帶信號對帶寬和各項處理資源的消耗很大,現有芯片和背板處理速度根本無法實現更大規模的基帶資源集中調度和共享,同時在散熱、功耗等方面也面臨很大挑戰。

若采用石墨烯材料,不但芯片處理能力、數據交換速率能得到大幅提升,石墨烯良好的導熱、導電和耐溫特性也使得在散熱、功耗方面的要求降低,進而實現處理能力達到上萬載頻的集中式基帶資源池。未來無線通信技術無疑以滿足高速數據業務為主,而傳統的宏蜂窩技術已經無法滿足應用,必然走向宏微結合的異構網絡架構,引入大量smellcell網元以滿足室內以及熱點場景的覆蓋和容量需求。

[責任編輯:趙卓然]

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