石墨烯制成世界首个功能半导体，电子迁移率是硅的10倍
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于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否为良导体。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公路上开车一样。”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，当施加电场时它可以打开或关闭，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要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，这种材料可以利用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”的诺贝尔物理学奖得主安德烈·盖姆（Andre Geim）2022年时曾对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，石墨烯是一大类材料的“昵称”，这些材料在不同行业都有潜力，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，这种材料比硅要更有优势。“虽然目前似乎没有任何革命性的应用，但在未来，通过不断改进，将进一步提高产品质量从而实现革命性应用……但我们仍然需要等10年甚至20年。”
根本性变革或将到来！中美科学家创造出世界首个石墨烯半导体
【据香港《南华早报》网站1月5日报道，中美科学家创造出世界第一个石墨烯半导体，这一成就可能彻底改变计算机芯片。 报道说，一个中美研究团队首次用石墨烯合成一种功能半导体，这可能是向超越硅芯片的超高速计算的一次飞跃。
报道介绍，石墨烯是一种简单的材料，仅由单层碳原子组成，但它的强度几乎大于自然界中的任何其他物质，而且在电势方面可以轻而易举地击败硅。 报道还说，自从石墨烯于2004年被发现以来，科学家们一直试图将它与其他碳材料结合起来，设计出一种新型芯片，一种与现有半导体相比耗能更少、工作速度更快的芯片。
据中国天津大学和美国佐治亚理工学院的纳米科学家称，这一长期难以达成的成就现在可能接近实现。
3日，他们的研究结果在《自然》周刊网站上发布。 中国称赞这一壮举是朝着在芯片制造中使用石墨烯迈出的重大一步。
根据《科技日报》5日的一篇报道 ，这项研究不仅保持了石墨烯非凡的稳定性，还引入了新的电子特性，为石墨烯芯片的发展扫清了道路。 报道接着说，该研究由天津大学的马雷教授和佐治亚理工学院的沃尔特·德希尔教授领导。自2018年在天津大学建立天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心以来，两人一直专注于石墨烯电子学和其他二维材料的研究。
天津大学网站上的一篇报道称，这种半导体的发展不仅为超越传统硅基技术的高性能电子器件开辟了新道路，还为整个半导体行业注入了新动力。半导体石墨烯的出现恰逢其时，预示着电子学领域即将迎来一场根本性的变革，其突破性的属性满足了对更高计算速度和微型化集成电子器件不断增长的需求。 然而，半导体石墨烯距离实际应用可能还有很长的路要走。马雷估计，要完全实现半导体石墨烯的工业应用，可能还需要10到15年。（编译/卿松竹）
来源： 参考消息
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