天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心執行主任、天津大學·明石致遠石墨烯（納米）材料聯合實驗室主任馬雷教授及其科研團隊，日前在半導體石墨烯領域取得了顯著進展。該團隊的研究成果《碳化硅上生長的超高遷移率半導體外延石墨烯》（Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）于2024年1月3日在《自然》（Nature）雜志網站上在線發布。該成果成功地攻克了長期以來阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技術難題，打開了石墨烯帶隙，實現了從“0”到“1”的突破，這一突破被認為是開啟石墨烯芯片制造領域大門的重要里程碑，在硅谷引起強烈反響！
此次發表在《自然》（Nature）的重大突破是天津大學·明石致遠石墨烯（納米）材料聯合實驗室開展的研發項目之一。2019年12月，明石創新與天津大學簽約共建天津大學·明石致遠石墨烯（納米）材料聯合實驗室，由天津大學馬雷教授任聯合實驗室主任，明石創新產業技術研究院高峰院長任聯合實驗室執行主任。聯合實驗室主要開展基于石墨烯相關納米材料的基礎和應用基礎研究。除本項目外，聯合實驗室還開展了多種石墨烯基氣體傳感器、納米氧化鋯粉體材料及固態電解質納米氧化鋯氧傳感器、二次離子質譜儀等精密儀器的研發。
石墨烯，作為首個被發現可在室溫下穩定存在的二維材料，其獨特的狄拉克錐能帶結構，導致了零帶隙的特性。“零帶隙”特性正是困擾石墨烯研究者數十年的難題。如何打開帶隙，成為開啟“石墨烯電子學”大門的“關鍵鑰匙”。馬雷教授研究團隊通過對外延石墨烯生長過程的精確調控，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創造了一種新型穩定的半導體石墨烯。這種半導體石墨烯的電子遷移率遠超硅材料，表現出了十倍于硅的性能，并且擁有硅材料所不具備的獨特性質。
基于本項突破性研究，具有帶隙的半導體石墨烯為高性能電子器件帶來了全新的材料選擇，不僅為超越傳統硅基技術的高性能電子器件開辟了新道路，還為整個半導體行業注入了新動力。隨著摩爾定律所預測的極限日益臨近，半導體石墨烯的出現恰逢其時，預示著電子學領域即將迎來一場根本性的變革，其突破性的屬性滿足了對更高計算速度和微型化集成電子器件不斷增長的需求。
以天津大學·明石致遠石墨烯（納米）材料聯合實驗室等多個高端創新平臺為支撐，明石創新牽頭組建了“山東省微納制造創新中心”，聚焦微納制造領域中的材料、設計、工藝、裝備、裝配、集成等環節的共性關鍵技術難題，打造集行業共性關鍵技術攻關、中試驗證及技術孵化、成果轉化與產業化、創新人才培育、行業公共服務、國際交流合作于一體的創新載體。
