【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】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(gòu)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(guān)鍵技術(shù)研究至關(guān)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(guān)。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(gòu)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(shù)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。相關(guān)研究成果以Gaseous Catalyst Assisted Growth of Graphene on Silicon Carbide for Quantum Hall Resistance Standard Device為題，發(fā)表在Advanced Materials Technologies上。
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。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)和上海市科學技術(shù)委員會的支持。
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