首个由石墨烯制成的功能半导体问世 电子迁移率是硅的10倍

　　日前，中国天津大学以及美国佐治亚理工学院研究人员创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。该项突破为开发全新电子产品打开了大门。研究发表在《自然》杂志上。

石墨烯和碳化硅的分子模型。图片来源：佐治亚理工学院

　　石墨烯是由已知最强的键连接在一起的单片碳原子。半导体是在特定条件下导电的材料，是电子设备的基本组件。石墨烯电子学中长期存在的问题是石墨烯没有合适的带隙，并且无法以正确的比率打开和关闭。多年来，许多人尝试用各种方法来解决这个问题。最新技术实现了带隙，这是开发基于石墨烯的电子产品的关键一步。

　　研究团队在使用特殊熔炉在碳化硅晶圆上生长石墨烯时取得了突破。他们生产了外延石墨烯，这是在碳化硅晶面上生长的单层。研究发现，当制造得当时，外延石墨烯会与碳化硅发生化学键合，并开始表现出半导体特性。

石墨烯器件生长在碳化硅衬底芯片上。图源：佐治亚理工学院

　　但要制造功能性晶体管，必须对半导体材料进行大量操作，这可能会损害其性能。为了证明他们的平台可作为可行的半导体发挥作用，该团队需要在不损坏它的情况下测量其电子特性。

　　他们将原子放在石墨烯上，利用掺杂技术向系统“捐赠”电子，用于查看该材料是否是良好的导体。测量表明，他们的石墨烯半导体的迁移率是硅的10倍。换句话说，电子以非常低的阻力移动，这在电子学中意味着更快的计算。研究人员表示，这就像在碎石路上行驶与在高速公路上行驶一样。它效率更高，升温幅度不大，并且速度更高，因此电子可移动得更快。

　　新开发的产品是目前唯一具有用于纳米电子学的所有必要特性的二维半导体，其电学特性远远优于目前正在开发的任何其他二维半导体。

　　研究人员表示，外延石墨烯可能会引起电子领域的范式转变，并导致利用其独特特性的全新技术。该材料允许利用电子的量子力学波特性，从而满足量子计算的要求。

(责编：张泰运、Sun Zhao)