化学气相沉积(CVD)法 CVD法是以铜和镍等金属材料作为衬底来生长具有原子级厚度的石墨烯材料。 这种方法获得的石墨烯材料的面积大、导电性
  •  化学气相沉积(CVD)法

CVD法是以铜和镍等金属材料作为衬底来生长具有原子级厚度的石墨烯材料。

这种方法获得的石墨烯材料的面积大、导电性高、透光性好和成本低,而且CVD法制作石墨烯器件的工艺与硅工艺非常兼容,是纳米半导体器件的主要发展方向。2013年,中国航空工业集团公司北京航空材料研究院宣布已在铜箔表面制备出12英寸以上的石墨烯薄膜,大尺寸、高质量的石墨烯薄膜制备技术也已突破。

石墨烯材料应用前景

因石墨烯具有的较高的载流子迁移率、极高的载流子速度、优异的等比缩小和有限的散射等特性,是电子器件和集成电路的首选材料。在射频领域,已研制出性能极高的零带隙大面积石墨烯MOSFET、双层石墨烯FET等产品;在石墨烯数字逻辑方面,已出现了双层石墨烯晶体管、纳米带晶体管和隧穿FET及相关电路。

在光纤通信方面,因石墨烯中的电子在迁移时,不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯内部受到的干扰也非常小。若将传统的信号传输铜缆替换为石墨烯,不仅传输线缆的重量降低,强度增大,信道降噪抗干扰能力也会得到极大地提升。虽然光纤传输速度快,效率也高,但是数据传输过程中,光电转换比较麻烦。如果用石墨烯替代光纤应用于有线传输,不仅能保障传输速度和质量,还能免除广电转换过程,进而省去了一大堆光电转换设备及研究、制造经费。

在传感器制造方面,因石墨烯仅吸收2.3%的光,并使所有光谱的光均匀地通过,具有非常好的透光性,可以用于传感器的制作。据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍——在昏暗的光线环境中, 这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。

国家为何如此重视石墨烯?

石墨烯传感器

在屏幕制造方面,因具有轻、薄、几乎完全透光、强度大、柔韧性好等特点,石墨烯是最有潜力替代氧化铟锡的材料。采用石墨烯技术的屏幕和现在的手机屏幕相比,不仅更薄、透光性更好,而且还具有更好的韧性,更不容易破损,甚至还能做成能够卷起的柔性屏幕。石墨烯屏幕能比现在用的屏幕拥有更好的用户体验。 

国家为何如此重视石墨烯?

石墨烯屏幕

在锂电池上采用石墨烯材料电极,能有效提升电池的提升电池倍率充放电性能、循环寿命和能量密度,具体请参照《华为Mate8的石墨烯电池是怎么回事》。

石墨烯材料对5G通信的意义

相对于上述用途,在无线通信领域石墨烯芯片的大规模应用很有可能会先行一步。

目前主流的4G系统基站虽然已经采用了负责基带处理的BBU+负责射频的RRU通过光纤拉远的架构,但由于机房站址资源日益稀缺和高成本,将BBU集中设置以节省机房的需求越来越强烈,同时也要求对基带资源共享、集中调度等功能的实现。

由于基带信号对带宽和各项处理资源的消耗很大,现有芯片和背板处理速度根本无法实现更大规模的基带资源集中调度和共享,同时在散热、功耗等方面也面临很大挑战。

若采用石墨烯材料,不但芯片处理能力、数据交换速率能得到大幅提升,石墨烯良好的导热、导电和耐温特性也使得在散热、功耗方面的要求降低,进而实现处理能力达到上万载频的集中式基带资源池。未来无线通信技术无疑以满足高速数据业务为主,而传统的宏蜂窝技术已经无法满足应用,必然走向宏微结合的异构网络架构,引入大量smellcell网元以满足室内以及热点场景的覆盖和容量需求。

[责任编辑:赵卓然]

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