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石墨烯晶体管取得重大进展，厚度仅为一个原子 |
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| http://cn.newmaker.com
4/27/2008 11:56:00 AM
佳工机电网
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英国曼彻斯特大学的研究人员成功研制了尺寸最小的晶体管，其厚度为1个原子，截面为10个原子。
这一重大进展已经发表在最新一期的《科学》杂志上，并且打破了该小组去年创造的截面100nm的石墨烯晶体管世界纪录。
石墨烯由碳原子以错综复杂的方式连接而成，即便只有一个原子层的厚度也可保持很多性能——其中最重要的是电导率。该材料的晶体质量和电学性能都高得惊人，并且研究人员声称在凝聚态物理和电子器件领域还有若干潜在应用。
美国马里兰大学的科学家上月表示，他们已经表征出单层石墨烯是只有一个原子厚的纯碳结构。与大多数半导体材料不同，他们发现石墨烯的性能不随温度变化。
曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制作出晶体管。从一小片石墨烯片层开始，采用电子束曝光在材料上刻出沟道。在被称为中央岛的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点。电压可以改变这些量子点的电导率，这样就可以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态。
在曼彻斯特大学物理与天文学院Kostya Novoselov博士和Andre Geim教授的带领下，最新的研究进展显示，可以用石墨烯制造的晶体管组成微细电路，而晶体管的尺寸比单个原子大不了多少。
然而Novoselov博士也慎重地指出，目前还不能进行大规模的石墨烯生产。他们只能制造出截面约100微米的石墨烯晶体，这对于工业应用来说实在太小了。
“或许在未来几年内可以解决这一问题，”他这样说。
主要的缺点是材料的尺寸小于10纳米后，其稳定性就很差。在这种空间尺度下，所有半导体——包括硅——都会氧化，分解，并沿表面不受控的迁移，就像水滴落在热板上一样。
四年前，Geim和他在曼彻斯特的同事们成为第一个研究石墨烯的小组，该材料是第一种单原子厚度的材料，可以看作从石墨结构中抽取的一层原子平面。此后石墨烯已经成为半导体材料科学领域最热门的研究方向之一。
“在此之前，为了获得新的电路结构，研究人员都是采用大分子制备单个的晶体管。把一点化学方法加入到计算机工程中”，Novoselov这样评价。“而现在组成晶体管的分子和最终的计算机架构都采用同一种材料（石墨烯）制造，因此可以考虑将它们直接连接。并且采用的是与目前半导体产业同样的制造方法。”
Geim补充说：“作出石墨烯超级计算机的许诺还为时尚早。我们制造这么小的晶体管成功率也不很高。不幸的是，目前还没有真正以纳米精度切割材料的技术。但这也是所有后硅时代电子器件需要面临的挑战。至少我们现在有一种材料可以满足这样的要求。”
“这些晶体管可以工作，并且可以在空气中、室温条件下工作——也就是当前电子器件可以使用的环境，” Geim这样介绍。他还补充说石墨烯的性能“超越”硅一个数量级，与其他最好的材料性能类似，并且采用石墨烯制作电路的工艺与硅工艺非常兼容。
“目前我们采用与硅产业同样的步骤制造晶体管。因此一旦我们有了足够大的石墨烯晶圆，那直接采用同样的工艺步骤就可以了。”
但Geim也表示第一个基于石墨烯的芯片或许会在10年后出现，并认为该材料可能会先用于LCD显示器，代替现有的透明电极材料。
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