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中科院上海微系統(tǒng)所等制備出石墨烯基量子電阻標準芯片
2022年12月09日 14:37:30 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4188

近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所與中國計量科學研究院報道了采用在絕緣襯底表面氣相催化輔助生長石墨烯，制備高計量準確度的量子霍爾電阻標準芯片的研究工作。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】電學計量技術具有測量靈敏度、準確度高，易于實現(xiàn)直接、連續(xù)和遠距離測量等特點，而且電信號便于傳播、轉(zhuǎn)換、分配和控制。近年來，力學、溫度、聲學、光學、電力輻射等各類計量領域，越來越多的將各種非電量轉(zhuǎn)換為電信號進行測量，以實現(xiàn)測量的準確性。
 
　　電阻標準是電學計量的基石之一。為了適應國際單位制量子化變革和量值傳遞扁平化趨勢，推動我國構建電子信息產(chǎn)業(yè)先進測量體系，補充國家量子化標準，開展電學計量體系中電阻的輕量級量子化復現(xiàn)與溯源關鍵技術研究至關重要。與傳統(tǒng)砷化鎵基二維電子氣(2DEG)相比，石墨烯中的2DEG在相同磁場下量子霍爾效應低指數(shù)朗道能級間隔更寬，以其制作的量子霍爾電阻可以在更小磁場、更高溫度和更大電流下工作，易于計量裝備小型化。此外，量子電阻標準的性能通常與石墨烯的材料質(zhì)量、襯底種類和摻雜工藝相關。如何通過克服絕緣襯底表面石墨烯成核密度與生長調(diào)控的瓶頸，獲得高質(zhì)量石墨烯單晶，并以此為基礎，優(yōu)化器件結(jié)構和工藝，開發(fā)出工作穩(wěn)定且具有高比對精度的量子電阻標準芯片頗為重要。
 
　　近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所與中國計量科學研究院報道了采用在絕緣襯底表面氣相催化輔助生長石墨烯，制備高計量準確度的量子霍爾電阻標準芯片的研究工作。科研人員采用氫氣退火處理得到具有表面臺階高度約為0.5nm的碳化硅襯底，以硅烷為氣體催化劑，乙炔作為碳源，在1300°C條件下，生長出高質(zhì)量單層石墨烯。該溫度條件下，襯底表面臺階可保持在0.5nm以下。采用這一方法制備的石墨烯可以制成量子電阻標準器件。研究團隊直接將該量子電阻標準器件集成于桌面式量子電阻標準器，在溫度為4.5K、磁場大于4.5T時，量子電阻標準比對準確度達到 1.15×10-8，長期復現(xiàn)性達到3.6×10-9。該工作提出了適用于電學計量的石墨烯基工程化、實用化的輕量級量子電阻標準實現(xiàn)方案，同時，通過基于其量值的傳遞方法，可以滿足不同應用場景下的電阻量值準確溯源的需求，補充國家計量基準向各個行業(yè)計量系統(tǒng)的量傳鏈路。
 
　　相關成果Gaseous Catalyst Assisted Growth of Graphene on Silicon Carbide for Quantum Hall Resistance Standard Device于近日發(fā)表在Advanced Materials Technologies上。
 
　　參考來源：中科院
 

 

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