石墨烯因為不具有半導體的性質而無法用來制造晶體管現在科學家找到了克服困難的辦法

石墨烯終于變成了可以制造電子開關的半導體

石墨烯即以蜂窩狀晶格排列的單層碳原子具備一系列出色的性質自從石墨烯在2003年被發現以來研究者發現它具有優異的強度導熱性和導電性最后一種性質使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點但最理想是用石墨烯自己制成電子元件特別是晶體管

要做到這點石墨烯不僅需要充當導體也要有半導體的功能這是電子元件需要進行的通斷切換操作的關鍵半導體由其帶隙所定義的帶隙指的是激發一個電子讓它從不能導電的價帶躍遷到可以導電的導帶所需要的能量帶隙必須足夠大這樣來使得晶體管開和關之間的狀態才對比明顯這樣它才能準確無誤地處理信息

常規的石墨烯是沒有帶隙的它特殊的波紋狀價帶和導帶實際上是連在一起的這使得它更像是金屬盡管如此科學家們試圖分開這兩個帶通過把石墨烯制造成奇特的形狀如帶狀目前最高可以讓帶隙達到100meV但這對電子工程應用來說還是太小了

美國佐治亞理工學院的EdwardConrad和同事們通過外延生長制造了他們的石墨烯這種方法要把碳化硅襯底被加熱到1360℃使它開始分解并形成石墨烯層研究者發現石墨烯層的第一層通常被稱為緩沖層由于其與碳化硅襯底高度周期性的結合方式形成了大于0.5eV的帶隙

沒有參與這項工作的德國康斯坦茨大學theUniversityofKonstanz的物理學家GuidoBurkard說這幾乎雖然還沒有像普通半導體的帶隙那樣大了以這種方法制造的石墨烯是否具備與以往的石墨烯樣品同樣出色的電子性質還有待觀察他補充道但這個研究結果肯定是非常有前途的

Conrad和同事們通過外延生長生成半導體石墨烯的方法并不是全新的在2006年加州大學伯克利分校theUniversityofCaliforniainBerkeley一個由AlessandraLanzara領導的團隊研究了在碳化硅上外延生長的第二層石墨烯并報道了其0.26eV的帶隙Conrad說他們團隊的工作的主要區別在于生長技術的改進事實證明要得到這個帶隙結晶順序是非常重要的而他們并不知道他解釋說

當Conrad和同事們嘗試在僅僅低于他們常用溫度20℃的溫度下制造石墨烯帶隙就不存在了Conrad用硅電子學發展初期來比喻這樣的進展如果你回到20世紀60年代硅晶體管的初期關鍵在于尋找不可思議的高度有序的晶體他說在這個階段碳化硅晶片的高昂價格并不重要他補充道第一個出售的硅晶體管售價為1500美元重點是你要先造出設備然后才考慮費用

Conrad宣稱喬治亞理工學院的同事已經使用了他的半導體石墨烯來制造晶體管開關電流比可以達到100萬比1這是正規電子產品要求的十倍所以它開始變得能用了他說