石墨烯功能半导体首发

更小更快可用于量子计算

石墨烯是由已知最强的键连接在一起的单层碳原子。半导体是在特定条件下导电的材料，是电子设备的基本部件。目前，为满足越来越快的计算速度和越来越小的电子设备的需求，现代电子产品常用材料—硅，已经达到了极限。为此，中国天津大学和美国乔治亚理工学院的研究人员用石墨烯制成了世界上第一个功能性半导体。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。

研究人员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。石墨烯是一种非常坚固的材料，可处理非常大的电流，团队希望将石墨烯的特性引入电子学。据悉，该团队克服了困扰石墨烯研究几十年的最大障碍，以及许多人认为石墨烯电子器件永远不会奏效的原因——“带隙”。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。而在最新研究中，该团队的技术实现了带隙，这是开发基于石墨烯的电子产品的关键一步。

具体而言，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。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，用来观察该材料是否是良好的导体——它能在不破坏材料或其特性的情况下工作。

该团队的测量表明，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。最后研究人员还称，外延石墨烯可能会导致电子领域的范式转变，并允许利用其独特特性的全新技术。这种材料可以利用电子的量子力学波动特性，这是量子计算的必要条件。