石墨烯制成世界首个功能半导体电子迁移率是硅的10倍

时间: 2024-11-05 23:53:09 |   作者: 新闻中心

  ·中外科学家用石墨烯制成了世界首个功能半导体，石墨烯半导体的电子迁移率是硅的10倍。这种新型半导体可用来制造更小更快的电子设备，抑或用于量子计算。

  中外科学家用石墨烯制成世界首个功能半导体，石墨烯半导体的电子迁移率是硅的10倍。

  中外科学家用石墨烯制成了世界首个功能半导体，石墨烯半导体的电子迁移率是硅的10倍。这种新型半导体可用来制造更小更快的电子设备，抑或用于量子计算。相关研究当地时间1月3日发布在《自然》杂志上。

  半导体是在特定条件下导电的材料，是电子设备的基本部件。而石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构材料，只有一个碳原子厚度，属于二维材料。石墨烯在自然形态下既非半导体也非金属。

  美国佐治亚理工学院物理学教授瓦尔特·德希尔（Walter de Heer）领导的研究小组开发了一种石墨烯半导体。这种半导体与传统的微电子加工方法兼容，这也是替代硅的必要条件。

  瓦尔特·德希尔在职业生涯早期就开始探索碳基材料的半导体潜力，2001年转向石墨烯研究。他表示，石墨烯是一种非常坚固的材料，可处理非常大的电流，他希望将石墨烯的特性引入电子学。

  研究团队生产了一种生长在碳化硅晶体表面的单晶石墨烯，也就是外延石墨烯。他们发现，当制作得当时，外延石墨烯与碳化硅产生化学键合，并显示半导体特性。在接下来的十年里，他们在佐治亚理工学院完善这样一种材料，后来又与天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心合作。

  研究人员把原子放在石墨烯上，通过掺杂电子来观察材料是不是为良导体。测量发现，石墨烯半导体的电子迁移率是硅的10倍，也就是说，电子以非常低的电阻移动，这在电子学中意味着更快的计算速度。“这就像在砾石路上开车和在高速上开车一样。”瓦尔特·德希尔表示。

  “带隙”是允许半导体开关的关键电子特性，当施加电场时它能打开或关闭，这也是所有晶体管和硅电子的工作原理。石墨烯缺乏固有带隙，石墨烯电子学研究的主体问题是如何打开和关闭它，使它能像硅一样工作。天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心教授、论文合著者马雷表示，团队的技术实现了带隙，这也是实现石墨烯电子学的关键一步。

  佐治亚理工学院表示，该团队研发的石墨烯半导体是目前用于纳米电子学时唯一具备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其他任何二维半导体。外延石墨烯或导致电子学领域的范式转变，这样一种材料可通过电子的量子力学波动特性，这也是量子计算的必要条件。

  被誉为“石墨烯之父”的诺贝尔物理学奖获得者安德烈·盖姆（Andre Geim）2022年时曾对澎湃科技（）表示，石墨烯是一大类材料的“昵称”，这些材料在不一样的行业都有潜力，例如石墨烯被誉为推动电子工业发展的新材料。现在，人们相信在电子工业的某些领域，这样一种材料比硅要更有优势。“虽然目前似乎没有一点革命性的应用，但在未来，通过一直在改进，将进一步提升产品质量以此来实现革命性应用……但我们仍就需要等10年甚至20年。”