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生長在碳化硅襯底芯片上的石墨烯器件。圖片來源：佐治亞理工學院

本報訊 天津大學教授馬雷團隊聯(lián)合美國佐治亞理工學院教授Walter de Heer團隊，首次研制出可擴展的半導(dǎo)體石墨烯，這可能為開發(fā)一種速度更快、效率更高的新型計算機鋪平道路。科學家在1月3日的《自然》報告了這一研究成果。

石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的材料，在同等厚度下比鋼更堅固。它是一種極好的導(dǎo)電體，并且耐熱、耐酸。盡管石墨烯半導(dǎo)體具有諸多優(yōu)勢，科學家卻一直未能研制出一種可以隨意控制導(dǎo)電或絕緣的石墨烯半導(dǎo)體，而這樣的半導(dǎo)體是制造計算機邏輯芯片的關(guān)鍵。

問題就出在缺乏所謂帶隙。半導(dǎo)體除了有高能帶和低能帶外，還有一個點——帶隙。在這個點上，被激發(fā)的電子可以從一個能量帶躍遷到另一個能量帶。這可以有效打開和關(guān)閉電流，從而控制導(dǎo)電開關(guān)，同時創(chuàng)造了數(shù)字計算機中使用0和1的二進制系統(tǒng)。

雖然之前的研究表明，石墨烯可以在小范圍內(nèi)發(fā)揮半導(dǎo)體的作用，但它從未被放大到足以制造計算機芯片的尺寸。早期研究表明，石墨烯薄片上的褶皺、圓丘和孔洞會對電流產(chǎn)生不同尋常的影響，從而有可能通過設(shè)計合適的缺陷制造邏輯芯片。但到目前為止，石墨烯的生產(chǎn)規(guī)模仍然難以擴大。

在這項新研究中，研究人員通過在石墨烯中引入帶隙，展示了一種可以控制電流開關(guān)的晶體管，這種開關(guān)可以阻止或允許電流通過。由于該技術(shù)與制造硅芯片的技術(shù)沒有什么不同，因此這種工藝或更有利于規(guī)模化生產(chǎn)。

研究人員使用了加熱的碳化硅晶片，迫使硅在碳之前蒸發(fā)，從而有效地在表面留下一層石墨烯。研究人員表示，石墨烯半導(dǎo)體的電學性能遠遠好于硅芯片。De Heer說：“這就像在礫石路上開車和在高速公路上開車一樣。”

硅芯片的制造成本很低，而且有全球龐大的制造基礎(chǔ)設(shè)施作為后盾，但目前硅芯片已逼近極限。摩爾定律指出，電路中晶體管的數(shù)量大約每兩年翻一番，但近年來微型化的速度已經(jīng)放緩，因為工程師已使電路密度達到了極限，超過這個密度，電子就無法可靠地控制。雖然石墨烯電路可以重振希望，但障礙依然存在。

英國薩里大學David Carey對這一最新進展是否意味著硅芯片會很快轉(zhuǎn)向石墨烯芯片持懷疑態(tài)度，一方面是因為新的研究需要在晶體管尺寸、質(zhì)量和制造技術(shù)方面進行大量改進，另一方面是因為硅芯片具有領(lǐng)先優(yōu)勢。（辛雨）

生長在碳化硅襯底芯片上的石墨烯器件。圖片來源：佐治亞理工學院

本報訊 天津大學教授馬雷團隊聯(lián)合美國佐治亞理工學院教授Walter de Heer團隊，首次研制出可擴展的半導(dǎo)體石墨烯，這可能為開發(fā)一種速度更快、效率更高的新型計算機鋪平道路。科學家在1月3日的《自然》報告了這一研究成果。

石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的材料，在同等厚度下比鋼更堅固。它是一種極好的導(dǎo)電體，并且耐熱、耐酸。盡管石墨烯半導(dǎo)體具有諸多優(yōu)勢，科學家卻一直未能研制出一種可以隨意控制導(dǎo)電或絕緣的石墨烯半導(dǎo)體，而這樣的半導(dǎo)體是制造計算機邏輯芯片的關(guān)鍵。

問題就出在缺乏所謂帶隙。半導(dǎo)體除了有高能帶和低能帶外，還有一個點——帶隙。在這個點上，被激發(fā)的電子可以從一個能量帶躍遷到另一個能量帶。這可以有效打開和關(guān)閉電流，從而控制導(dǎo)電開關(guān)，同時創(chuàng)造了數(shù)字計算機中使用0和1的二進制系統(tǒng)。

雖然之前的研究表明，石墨烯可以在小范圍內(nèi)發(fā)揮半導(dǎo)體的作用，但它從未被放大到足以制造計算機芯片的尺寸。早期研究表明，石墨烯薄片上的褶皺、圓丘和孔洞會對電流產(chǎn)生不同尋常的影響，從而有可能通過設(shè)計合適的缺陷制造邏輯芯片。但到目前為止，石墨烯的生產(chǎn)規(guī)模仍然難以擴大。

在這項新研究中，研究人員通過在石墨烯中引入帶隙，展示了一種可以控制電流開關(guān)的晶體管，這種開關(guān)可以阻止或允許電流通過。由于該技術(shù)與制造硅芯片的技術(shù)沒有什么不同，因此這種工藝或更有利于規(guī)模化生產(chǎn)。

研究人員使用了加熱的碳化硅晶片，迫使硅在碳之前蒸發(fā)，從而有效地在表面留下一層石墨烯。研究人員表示，石墨烯半導(dǎo)體的電學性能遠遠好于硅芯片。De Heer說：“這就像在礫石路上開車和在高速公路上開車一樣。”

硅芯片的制造成本很低，而且有全球龐大的制造基礎(chǔ)設(shè)施作為后盾，但目前硅芯片已逼近極限。摩爾定律指出，電路中晶體管的數(shù)量大約每兩年翻一番，但近年來微型化的速度已經(jīng)放緩，因為工程師已使電路密度達到了極限，超過這個密度，電子就無法可靠地控制。雖然石墨烯電路可以重振希望，但障礙依然存在。

英國薩里大學David Carey對這一最新進展是否意味著硅芯片會很快轉(zhuǎn)向石墨烯芯片持懷疑態(tài)度，一方面是因為新的研究需要在晶體管尺寸、質(zhì)量和制造技術(shù)方面進行大量改進，另一方面是因為硅芯片具有領(lǐng)先優(yōu)勢。（辛雨）