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　　2010年，曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家因?yàn)閷?duì)石墨烯的開(kāi)創(chuàng)性研究獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從那年起，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中科院上海微系統(tǒng)所”)開(kāi)始研制這種材料。“十年磨一劍”，如今，微系統(tǒng)所石墨烯團(tuán)隊(duì)在高品質(zhì)石墨烯電子材料制備方面取得多項(xiàng)突破，近日獲上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　為讓這類(lèi)材料盡快產(chǎn)業(yè)化，中科院上海微系統(tǒng)所與上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)合作，通過(guò)建設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)8英寸石墨烯晶圓小批量制造。通過(guò)與國(guó)內(nèi)、國(guó)際多家單位合作，科研團(tuán)隊(duì)還在探索晶圓級(jí)石墨烯在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　創(chuàng)世界紀(jì)錄

　　以石墨烯為代表的二維材料替代傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料進(jìn)入微電子領(lǐng)域，既充滿(mǎn)機(jī)遇，又面臨許多挑戰(zhàn)。就像制造硅基芯片的原材料是一片片硅單晶晶圓，二維微電子材料與器件的應(yīng)用與發(fā)展，也需要制備出單晶石墨烯晶圓。“高質(zhì)量石墨烯單晶制備被譽(yù)為石墨烯材料‘皇冠上的明珠’。”中科院上海微系統(tǒng)所石墨烯團(tuán)隊(duì)青年骨干吳天如副研究員說(shuō)，“我們花10年工夫，終于突破石墨烯單晶晶圓可控制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了4英寸—8英寸石墨烯單晶晶圓的小批量生產(chǎn)。”

　　在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、上海市科委項(xiàng)目支持下，微系統(tǒng)所團(tuán)隊(duì)解決了在合金襯底表面用籽晶制備單晶的技術(shù)難題，讓一個(gè)幾百微米大小的石墨烯籽晶在二維平面上生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)約2.5小時(shí)，籽晶能夠生長(zhǎng)成1.5英寸大小的石墨烯單晶，生長(zhǎng)速度和單晶尺寸均創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。經(jīng)過(guò)后期設(shè)計(jì)優(yōu)化，目前團(tuán)隊(duì)已能夠制備8英寸石墨烯單晶晶圓。

　　中科院上海微系統(tǒng)所還在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體鍺基石墨烯CVD(化學(xué)氣相沉積)制備，通過(guò)選用特定晶體取向的鍺襯底，成功研制出4英寸單晶石墨烯晶圓。近期，他們通過(guò)設(shè)備升級(jí)和工藝優(yōu)化，進(jìn)一步研制出8英寸鍺基石墨烯晶圓。鍺基石墨烯材料與當(dāng)前主流集成電路制造工藝線具有良好的兼容性，引起國(guó)際同行廣泛關(guān)注。

　　迄今為止，中科院上海微系統(tǒng)所在石墨烯材料制備與器件應(yīng)用領(lǐng)域已申請(qǐng)100余項(xiàng)專(zhuān)利，授權(quán)70余項(xiàng)，其中國(guó)際專(zhuān)利9項(xiàng)。

　　中試生產(chǎn)8英寸石墨烯單晶晶圓

　　如何把這些國(guó)際一流的科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力？去年9月，中科院上海微系統(tǒng)所與上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)簽約合作，由后者提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)中試工作，擴(kuò)大石墨烯晶圓等產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模。

　　作為上海市和寶山區(qū)政府共同打造的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)以石墨烯應(yīng)用需求為牽引，擁有技術(shù)創(chuàng)新、中試及產(chǎn)業(yè)化的核心服務(wù)能力；以“基地+基金+人才”模式集聚并配置技術(shù)、人才、資本市場(chǎng)等創(chuàng)新資源，培育石墨烯產(chǎn)業(yè)集群。上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)董事長(zhǎng)梁勇說(shuō)，功能型平臺(tái)吸引優(yōu)秀研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要憑借兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是平臺(tái)擁有一批工程技術(shù)人員，可以參與中試研發(fā)，這是科研院所和高校通常所缺乏的；二是平臺(tái)擁有豐富的產(chǎn)業(yè)資源，可以為科研團(tuán)隊(duì)對(duì)接一批企業(yè)，加快科技成果產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　目前，微系統(tǒng)所石墨烯團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室正在加緊建設(shè)。這個(gè)具有中試放大功能的實(shí)驗(yàn)室設(shè)在上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)，與其他科研團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室毗鄰。這些實(shí)驗(yàn)室占地面積較大，安裝了多臺(tái)大型設(shè)備，看上去像一個(gè)個(gè)廠房。“我們計(jì)劃今年9月完成整個(gè)廠房的建設(shè)，中試生產(chǎn)8英寸石墨烯單晶晶圓等多種產(chǎn)品。”吳天如告訴記者，“我們還想通過(guò)平臺(tái)了解產(chǎn)業(yè)下游需求，早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)?；瘧?yīng)用。”