首個由石墨烯制成的功能半導體問世
發布時間：2024.01.04 閱讀次數：
美國佐治亞理工學院研究人員創造了世界上第一個由石墨烯制成的功能半導體。該項突破為開發全新電子產品打開了大門。研究發表在《自然》雜志上。
石墨烯和碳化硅的分子模型。圖片來源：佐治亞理工學院
石墨烯是由已知最強的鍵連接在一起的單片碳原子。半導體是在特定條件下導電的材料，是電子設備的基本組件。石墨烯電子學中長期存在的問題是石墨烯沒有合適的帶隙，并且無法以正確的比率打開和關閉。多年來，許多人嘗試用各種方法來解決這個問題。最新技術實現了帶隙，這是開發基于石墨烯的電子產品的關鍵一步。
研究團隊在使用特殊熔爐在碳化硅晶圓上生長石墨烯時取得了突破。他們生產了外延石墨烯，這是在碳化硅晶面上生長的單層。研究發現，當制造得當時，外延石墨烯會與碳化硅發生化學鍵合，并開始表現出半導體特性。
但要制造功能性晶體管，必須對半導體材料進行大量操作，這可能會損害其性能。為了證明他們的平臺可作為可行的半導體發揮作用，該團隊需要在不損壞它的情況下測量其電子特性。
他們將原子放在石墨烯上，利用摻雜技術向系統“捐贈”電子，用于查看該材料是否是良好的導體。測量表明，他們的石墨烯半導體的遷移率是硅的10倍。換句話說，電子以非常低的阻力移動，這在電子學中意味著更快的計算。研究人員表示，這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛一樣。它效率更高，升溫幅度不大，并且速度更高，因此電子可移動得更快。
新開發的產品是目前唯一具有用于納米電子學的所有必要特性的二維半導體，其電學特性遠遠優于目前正在開發的任何其他二維半導體。
研究人員表示，外延石墨烯可能會引起電子領域的范式轉變，并導致利用其獨特特性的全新技術。該材料允許利用電子的量子力學波特性，從而滿足量子計算的要求。
