日前，郑州大学物理学院在石墨相氮化碳（g-CN）薄膜的可控制备和光电器件领域取得突破性进展，相关成果以题为“Wafer-scale growth of two-dimensional graphitic carbon nitride films”的论文发表在Cell旗舰期刊《Matter》上。郑州大学物理学院硕士研究生刘志豫、材料学院博士研究生王春枫（现就职于深圳大学物理与光电工程学院）和物理学院朱志立副教授为共同第一作者，郑州大学物理学院娄庆副教授、董林教授和单崇新教授为共同通讯作者，郑州大学为第一作者单位。
g-CN是一种类石墨烯二维碳基层状材料，被称为可见光催化领域的“圣杯”。与石墨烯所不同，g-CN具有2.7 eV的本征光子带隙，故而其在半导体光电器件领域的研究与应用备受期待。然而，之前该材料报道多为粉末或块体，虽可通过剥离处理及涂布制备薄膜，但其晶体质量、界面缺陷、表面粗糙度等均无法满足半导体光电器件的基本要求，严重阻碍了其在半导体器件领域的发展。因此，开发新的薄膜生长工艺，获得高质量g-CN薄膜对其在半导体器件领域的潜在应用非常重要。
针对该问题，课题组提出采用气相传输辅助缩聚的思路，通过促进衬底表面的前驱体横向迁移，解决了传统高温气相合成工艺中的非平衡缩聚问题，首次实现了晶圆级大面积高质量g-CN薄膜的可控制备。同时，课题组开发出水辅助绿色湿法转移工艺，该工艺与现有微纳光刻工艺完全兼容，且以水为转移介质，无环境危害。在此基础上，课题组实现了基于g-CN薄膜的柔性大面积光电探测器阵列，并展示了其在成像领域的应用潜力。该研究解决了g-CN基半导体器件实现面临的材料大面积可控生长这一基础性问题，有望推动g-CN材料在半导体光电领域的应用发展。
该工作得到了国家自然科学基金、河南省科技攻关项目和深圳市基础研究项目的支持。
文章链接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00069-2
