石墨烯因?yàn)椴痪哂邪雽?dǎo)體的性質(zhì)而無法用來制造晶體管，現(xiàn)在科學(xué)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(guān)的半導(dǎo)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(zhì)。自從石墨烯在2003年被發(fā)現(xiàn)以來，研究者發(fā)現(xiàn)它具有優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。最后一種性質(zhì)使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點(diǎn)，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(diǎn)，石墨烯不僅需要充當(dāng)導(dǎo)體，也要有半導(dǎo)體的功能，這是電子元件需要進(jìn)行的通斷切換操作的關(guān)鍵。半導(dǎo)體由其帶隙所定義的，帶隙指的是激發(fā)一個(gè)電子，讓它從不能導(dǎo)電的價(jià)帶躍遷到可以導(dǎo)電的導(dǎo)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(guān)之間的狀態(tài)才對比明顯，這樣它才能準(zhǔn)確無誤地處理信息。 常規(guī)的石墨烯是沒有帶隙的——它特殊的波紋狀價(jià)帶和導(dǎo)帶實(shí)際上是連在一起的，這使得它更像是金屬。盡管如此，科學(xué)家們試圖分開這兩個(gè)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(dá)到100meV，但這對電子工程應(yīng)用來說還是太小了。 美國佐治亞理工學(xué)院的Edward Conrad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(fā)現(xiàn)，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(jié)合方式，形成了大于0.5eV的帶隙。 沒有參與這項(xiàng)工作的德國康斯坦茨大學(xué)(the University of Konstanz)的物理學(xué)家Guido Burkard說，這“幾乎，雖然還沒有”像普通半導(dǎo)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(zhì)還有待觀察，”他補(bǔ)充道，“但這個(gè)研究結(jié)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(dǎo)體石墨烯的方法并不是全新的。在2006年，加州大學(xué)伯克利分校(the University of California in Berkeley)一個(gè)由Alessandra Lanzara領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究了在碳化硅上外延生長的第二層石墨烯，并報(bào)道了其0.26eV的帶隙。Conrad說他們團(tuán)隊(duì)的工作的主要區(qū)別在于生長技術(shù)的改進(jìn)。“事實(shí)證明，要得到這個(gè)帶隙，結(jié)晶順序是非常重要的，而他們并不知道。”他解釋說。 當(dāng)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(xué)發(fā)展初期來比喻這樣的進(jìn)展，“如果你回到20世紀(jì)60年代硅晶體管的初期，關(guān)鍵在于尋找不可思議的高度有序的晶體。”他說。在這個(gè)階段，碳化硅晶片的高昂價(jià)格并不重要，他補(bǔ)充道。“第一個(gè)出售的硅晶體管售價(jià)為1500美元。重點(diǎn)是，你要先造出設(shè)備，然后才考慮費(fèi)用。” Conrad宣稱，喬治亞理工學(xué)院的同事已經(jīng)使用了他的半導(dǎo)體石墨烯來制造晶體管，開關(guān)電流比可以達(dá)到100萬比1——這是正規(guī)電子產(chǎn)品要求的十倍。“所以，它開始變得能用了。”他說。