后硅时代芯片的第一个功能性石墨烯半导体

经过十年的精心研制，他们创造了可以与硅对抗的外延石墨烯材料。

 

乔治亚理工的研究者们声称，他们创造出了"世界上第一个由石墨烯制备的功能性半导体"。该团队的外延型石墨烯材料可以兼容传统微电子处理方法，因此是一种切实可行的硅替代物。此外，这种精细的材料实现了电子应用所需的理想带隙，对于未来的量子计算设备也具有潜在的潜力。

 

科技评论家们多年以来一直在强调保持摩尔定律存活的斗争。推动半导体前进的关键问题之一就是硅已经接近其极限。虽然石墨烯自2004年被发现以来一直被誉为奇迹材料，但至今还没有在任何重大或广泛采纳的技术突破中起到关键作用。然而，乔治亚理工学院的研究者们似乎通过他们改良的以上述硅化碳键合的外延型石墨烯，找到了重大突破的线索。

 

沃尔特·德·赫尔教授，乔治亚理工学院的物理学荣誉教授，带领一个设在亚特兰大和中国天津的研究团队，从2000年初开始从事2D石墨烯的研究。“我们是希望将石墨烯的三种特殊性质引入电子产品中，”他说。“这是一种极其强韧的材料，可以承受大电流，而且在不升温和不瓦解的情况下可以做到这一点。”

尽管拥有了这三种属性，但一直以来，石墨烯基电子材料却一直缺少关键的半导体特性。“长久以来，石墨烯电子产品的问题在于石墨烯的能带差距不合适，不能正确地开关，”天津大学纳米颗粒和纳米系统国际中心的共同创始人雷·马博士说。“多年来，许多人试图用各种方法解决这个问题。我们的技术实现了能带差，这是实现石墨烯电子产品的关键一步。”马雷也是《自然》今天发布的《在硅化碳上的超高迁移率半导体外延石墨烯》一文的合著者。

 

这个研究团队的突破在于，他们已经成功的学习了如何在硅化碳晶片上生长石墨烯，制作出与硅化碳键合的外延石墨烯。按照乔治亚理工的博客，这个材料花了整整十年时间才调整到最佳。现在，测试显示他们的石墨烯半导体材料比硅的电导率要高10倍。“换句话说，电子运动的阻力非常低，这在电子设备中转化为更快的计算能力，”教研机构的博客进行解释。

这位物理学荣誉教授用更简单的话来描述石墨烯电子产品的吸引力。“这就像在碎石路和公路上开车，”德赫尔谈到其精炼的石墨烯半导体材料的电子运动。“这更有效率，不会产生太多的热量，而且能够让电子运动得更快。”

 

乔治亚理工的研究团队表示，他们的外延型石墨烯与硅化碳键合远优于任何其他正在开发中的2D半导体。德赫尔教授形容半导体材料突破像是“莱特兄弟的时刻”，并强调了这种材料与电子的量子机械波动性的兼容性，这意味着它可能对未来量子计算的进步具有重要作用。