日前，鄭州大學物理學院在石墨相氮化碳（g-CN）薄膜的可控制備和光電器件領域取得突破性進展，相關成果以題為“Wafer-scale growth of two-dimensional graphitic carbon nitride films”的論文發表在Cell旗艦期刊《Matter》上。物理學院碩士研究生劉志豫、深圳大學物理與光電工程學院副研究員王春楓和物理學院朱志立副教授為共同第一作者，物理學院婁慶副教授、董林教授和單崇新教授為共同通訊作者，鄭州大學為第一作者單位。

g-CN是一種類石墨烯二維碳基層狀材料，被稱為可見光催化領域的“圣杯”。與石墨烯所不同，g-CN具有2.7 eV的本征光子帶隙，故而其在半導體光電器件領域的研究與應用備受期待。然而，之前該材料報道多為粉末或塊體，雖可通過剝離處理及涂布制備薄膜，但其晶體質量、界面缺陷、表面粗糙度等均無法滿足半導體光電器件的基本要求，嚴重阻礙了其在半導體器件領域的發展。因此，開發新的薄膜生長工藝，獲得高質量g-CN薄膜對其在半導體器件領域的潛在應用非常重要。

針對該問題，課題組提出采用氣相傳輸輔助縮聚的思路，通過促進襯底表面的前驅體橫向遷移，解決了傳統高溫氣相合成工藝中的非平衡縮聚問題，首次實現了晶圓級大面積高質量g-CN薄膜的可控制備。同時，課題組開發出水輔助綠色濕法轉移工藝，該工藝與現有微納光刻工藝完全兼容，且以水為轉移介質，無環境危害。在此基礎上，課題組實現了基于g-CN薄膜的柔性大面積光電探測器陣列，并展示了其在成像領域的應用潛力。該研究解決了g-CN基半導體器件實現面臨的材料大面積可控生長這一基礎性問題，有望推動g-CN材料在半導體光電領域的應用發展。

該工作得到了國家自然科學基金、河南省科技攻關項目和深圳市基礎研究項目的支持。

文章鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00069-2