由天津大學(xué)團隊主導(dǎo)，美國佐治亞理工學(xué)院研究人員合作，創(chuàng)造了世界上第一個由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體。該項突破為開發(fā)全新電子產(chǎn)品打開了大門。該研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

石墨烯是由已知最強的鍵連接在一起的單片碳原子。半導(dǎo)體是在特定條件下導(dǎo)電的材料，是電子設(shè)備的基本組件。石墨烯電子學(xué)中長期存在的問題是石墨烯沒有合適的帶隙，并且無法以正確的比率打開和關(guān)閉。多年來，許多人嘗試用各種方法來解決這個問題。最新技術(shù)實現(xiàn)了帶隙，這是開發(fā)基于石墨烯的電子產(chǎn)品的關(guān)鍵一步。

研究團隊在使用特殊熔爐在碳化硅晶圓上生長石墨烯時取得了突破。他們生產(chǎn)了外延石墨烯，這是在碳化硅晶面上生長的單層。研究發(fā)現(xiàn)，當制造得當時，外延石墨烯會與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，并開始表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。

但要制造功能性晶體管，必須對半導(dǎo)體材料進行大量操作，這可能會損害其性能。為了證明他們的平臺可作為可行的半導(dǎo)體發(fā)揮作用，該團隊需要在不損壞它的情況下測量其電子特性。

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石墨烯和碳化硅的分子模型

他們將原子放在石墨烯上，利用摻雜技術(shù)向系統(tǒng)“捐贈”電子，用于查看該材料是否是良好的導(dǎo)體。測量表明，他們的石墨烯半導(dǎo)體的遷移率是硅的10倍。換句話說，電子以非常低的阻力移動，這在電子學(xué)中意味著更快的計算。研究人員表示，這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛一樣。它效率更高，升溫幅度不大，并且速度更高，因此電子可移動得更快。

新開發(fā)的產(chǎn)品是目前唯一具有用于納米電子學(xué)的所有必要特性的二維半導(dǎo)體，其電學(xué)特性遠遠優(yōu)于目前正在開發(fā)的任何其他二維半導(dǎo)體。

研究人員表示，外延石墨烯可能會引起電子領(lǐng)域的范式轉(zhuǎn)變，并導(dǎo)致利用其獨特特性的全新技術(shù)。該材料允許利用電子的量子力學(xué)波特性，從而滿足量子計算的要求。