突破数十年技术障碍，科学家制出首个石墨烯半导体

被认为永远无法胜任半导体工作的石墨烯取得突破，来自乔治亚理工学院科学家领导的国际团队，成功创造出全球首个由石墨烯制成的功能性半导体。

几乎所有现代电子产品元件都基于矽半导体，随着开发进程越来越精细，我们已接近矽的能量效率极限，使用这种材料制造更快、更强大电脑变得越来越困难。

这促使物理学家寻找新的替代性半导体。

现在，由乔治亚理工学院领导的国际团队开发出第一个极其坚固的功能性石墨烯半导体，电子迁移率是矽 10 倍，具有矽不具备的独特性能。

石墨烯（graphene）又称单层石墨，本身由碳原子以 sp2 混成轨域组成蜂巢晶格，是一种坚固且用途广泛的平面薄膜材料，可承受极大电流且不会升温或分解。

▲ 石墨烯结构

科学家投入开发石墨烯半导体已十多年，挑战在于材料「能隙」特性──半导体或绝缘体价带顶端至传导带底端的能量差距，允许电子在分子周围移动，简单来说，利用工程手法加以调整的能隙是控制半导体导电、不导电的重要电子特性。

可是自然形式下，石墨烯既不是半导体也不是金属，而是半金属，它没有能隙，因此科学家无法对各元素设计「正确比例」的开关以控制石墨烯半导体，许多人也认为石墨烯电子装置永远无法运作。

直到现在透过精密感应炉帮助，一群研究人员成功克服石墨烯研究几十年来最大障碍，制造出「外延」石墨烯：在晶体（此实验为碳化矽）上生长另一层与晶体化学键合的物质，产生能隙开始表现出半导体特性，其电子迁移率比矽高10 倍，或者说电子以极低阻力移动。

▲ 外延石墨烯可能改变电子领域，可利用其独特特性开创全新技术。

石墨烯半导体效率更高，升温幅度不大，能用来制造体积更小、速度更快的电子设备，也可能应用于量子运算，该团队的样品是目前唯一具备奈米电子学所有必要特性的二维半导体，其电学特性远优于目前正在开发的任何二维半导体。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。

• Researchers Create First Functional Semiconductor Made From Graphene
• Graphene semiconductor steps toward ultra-fast computers

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