上海微系统所在晶圆级石墨烯量子整流研究方面取得进展
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2026年10月8日,中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰、田子傲团队联合上海科技大学寇煦丰团队、南方科技大学卢海舟团队等,在晶圆级低对称性量子材料制备与量子整流研究领域取得突破,相关成果发表于国际学术期刊《科学》。研究团队通过表面预熔工程技术,将锗(110)衬底加热至接近熔点,使其表面原子层形成准液体无序状态,同时保持内部单晶结构。通过精确调控冷却速率,重构出周期约0.56纳米的一维条纹结构,并以此为模板调控上层石墨烯的晶体对称性,将石墨烯对称性从高对称的D6h降至仅保留单一镜面的C1v,形成低对称石墨烯/锗(110)莫尔超晶格C1v-graphene。该材料在室温、零磁场条件下表现出显著的非线性霍尔效应,非线性霍尔电导率较现有材料体系高三个数量级。研究团队采用与互补金属氧化物半导体(CMOS)后端集成兼容的工艺,在4英寸C1v-graphene晶圆上制备出整流与天线一体化集成的非线性霍尔整流器阵列。该器件可在低射频输入功率下实现有效直流输出,完成光能点亮演示,在空间微弱无线能量收集与整流能力上明显优于传统半导体结和二极管整流方案。该研究贯通了低对称性材料晶圆制备、量子输运机理解析与集成器件验证全链条,为非线性量子器件的规模化制造提供了新的材料平台与技术路径。未来,通过进一步优化射频耦合、阻抗匹配和能量转换效率,该技术有望应用于自供能微电子器件、无线传感及新型非线性电子与光电子器件。

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