日前，鄭州大學物理學院在石墨相氮化碳（g-CN）薄膜的可控制備和光電器件領域取得突破性進展，相關成果以題為“Wafer-scale growth of two-dimensional graphitic carbon nitride films”的論文發表在Cell旗艦期刊《Matter》上。鄭州大學物理學院碩士研究生劉志豫、材料學院博士研究生王春楓（現就職于深圳大學物理與光電工程學院）和物理學院朱志立副教授為共同第一作者，鄭州大學物理學院婁慶副教授、董林教授和單崇新教授為共同通訊作者，鄭州大學為第一作者單位。

g-CN是一種類石墨烯二維碳基層狀材料，被稱為可見光催化領域的“圣杯”。與石墨烯所不同，g-CN具有2.7 eV的本征光子帶隙，故而其在半導體光電器件領域的研究與應用備受期待。然而，之前該材料報道多為粉末或塊體，雖可通過剝離處理及涂布制備薄膜，但其晶體質量、界面缺陷、表面粗糙度等均無法滿足半導體光電器件的基本要求，嚴重阻礙了其在半導體器件領域的發展。因此，開發新的薄膜生長工藝，獲得高質量g-CN薄膜對其在半導體器件領域的潛在應用非常重要。

 

針對該問題，課題組提出采用氣相傳輸輔助縮聚的思路，通過促進襯底表面的前驅體橫向遷移，解決了傳統高溫氣相合成工藝中的非平衡縮聚問題，首次實現了晶圓級大面積高質量g-CN薄膜的可控制備。同時，課題組開發出水輔助綠色濕法轉移工藝，該工藝與現有微納光刻工藝完全兼容，且以水為轉移介質，無環境危害。在此基礎上，課題組實現了基于g-CN薄膜的柔性大面積光電探測器陣列，并展示了其在成像領域的應用潛力。該研究解決了g-CN基半導體器件實現面臨的材料大面積可控生長這一基礎性問題，有望推動g-CN材料在半導體光電領域的應用發展。

 

該工作得到了國家自然科學基金、河南省科技攻關項目和深圳市基礎研究項目的支持。

 

文章鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00069-2