電阻標(biāo)準(zhǔn)是電學(xué)計(jì)量的基石之一。為了適應(yīng)國際單位制量子化變革和量值傳遞扁平化趨勢，推動(dòng)我國構(gòu)建電子信息產(chǎn)業(yè)先進(jìn)測量體系，補(bǔ)充國家量子化標(biāo)準(zhǔn)，開展電學(xué)計(jì)量體系中電阻的輕量級(jí)量子化復(fù)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(yīng)低指數(shù)朗道能級(jí)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(jì)量裝備小型化。此外，量子電阻標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)，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(duì)精度的量子電阻標(biāo)準(zhǔn)芯片至關(guān)重要。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所報(bào)道了采用在絕緣襯底表面氣相催化輔助生長石墨烯，成功制備高計(jì)量準(zhǔn)確度的量子霍爾電阻標(biāo)準(zhǔn)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)表于期刊《Advanced Materials Technologies》上。

研究人員首先采用氫氣退火處理得到具有表面臺(tái)階高度約為0.5nm的碳化硅襯底，然后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(tái)階依然可以保持在0.5nm以下。采用這種方法制備的石墨烯可以制成量子電阻標(biāo)準(zhǔn)器件，研究團(tuán)隊(duì)直接將該量子電阻標(biāo)準(zhǔn)器件集成于桌面式量子電阻標(biāo)準(zhǔn)器，在溫度為4.5K、磁場大于4.5T時(shí)，量子電阻標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)準(zhǔn)確度達(dá)到 1.15×10??，長期復(fù)現(xiàn)性達(dá)到3.6×10??。該工作提出了適用于電學(xué)計(jì)量的石墨烯基工程化、實(shí)用化的輕量級(jí)量子電阻標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方案，通過基于其量值的傳遞方法，可以滿足不同應(yīng)用場景下的電阻量值準(zhǔn)確溯源的需求，補(bǔ)充國家計(jì)量基準(zhǔn)向各個(gè)行業(yè)計(jì)量系統(tǒng)的量傳鏈路。

中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所是該研究工作第一完成單位，陳令修、王慧山和孔自強(qiáng)為共同第一作者，通訊作者為上海微系統(tǒng)所的王浩敏研究員和中國計(jì)量科學(xué)研究院的魯云峰研究員。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)B類計(jì)劃和上海市科委基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/admt.202201127

審核編輯 ：李倩