英國石墨烯晶體管突破厚度僅為一個原子

　　英國曼徹斯特大學(xué)的研究人員成功研制了尺寸最小的，其厚度為1個原子，截面為10個原子。

　　這一重大進展已經(jīng)發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上，并且打破了該小組去年創(chuàng)造的截面100nm的晶體管世界紀(jì)錄。

　　石墨烯由碳原子以錯綜復(fù)雜的方式連接而成，即便只有一個原子層的厚度也可保持很多性能——其中最重要的是電導(dǎo)率。該材料的晶體質(zhì)量和電學(xué)性能都高得驚人，并且研究人員聲稱在凝聚態(tài)物理和領(lǐng)域還有若干潛在應(yīng)用。

　　美國馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家上月表示，他們已經(jīng)表征出單層石墨烯是只有一個原子厚的純碳結(jié)構(gòu)。與大多數(shù)材料不同，他們發(fā)現(xiàn)石墨烯的性能不隨溫度變化。

　　曼徹斯特的小組采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)制作出晶體管。從一小片石墨烯片層開始，采用電子束曝光在材料上刻出溝道。在被稱為中央島的中部位置保持一個帶有微小圓籠的量子點。電壓可以改變這些量子點的電導(dǎo)率，這樣就可以像標(biāo)準(zhǔn)場效應(yīng)晶體管那樣儲存邏輯態(tài)。

　　在曼徹斯特大學(xué)物理與天文學(xué)院Kostya Novoselov博士和Andre Geim教授的帶領(lǐng)下，最新的研究進展顯示，可以用石墨烯制造的晶體管組成微細電路，而

晶體管的尺寸比單個原子大不了多少。

　　然而Novoselov博士也慎重地指出，目前還不能進行大規(guī)模的石墨烯生產(chǎn)。他們只能制造出截面約100微米的石墨烯晶體，這對于工業(yè)應(yīng)用來說實在太小了。

　　“或許在未來幾年內(nèi)可以解決這一問題，”他這樣說。

　　主要的缺點是材料的尺寸小于10納米后，其穩(wěn)定性就很差。在這種空間尺度下，所有半導(dǎo)體——包括硅——都會氧化，分解，并沿表面不受控的遷移，就像水滴落在熱板上一樣。

　　四年前，Geim和他在曼徹斯特的同事們成為第一個研究石墨烯的小組，該材料是第一種單原子厚度的材料，可以看作從石墨結(jié)構(gòu)中抽取的一層原子平面。此后石墨烯已經(jīng)成為半導(dǎo)體材料科學(xué)領(lǐng)域最熱門的研究方向之一。

　　“在此之前，為了獲得新的電路結(jié)構(gòu)，研究人員都是采用大分子制備單個的晶體管。把一點化學(xué)方法加入到計算機工程中”，Novoselov這樣評價。“而現(xiàn)在組成晶體管的分子和最終的計算機架構(gòu)都采用同一種材料（石墨烯）制造，因此可以考慮將它們直接連接。并且采用的是與目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)同樣的制造方法。”

　　Geim補充說：“作出石墨烯超級計算機的許諾還為時尚早。我們制造這么小的晶體管成功率也不很高。不幸的是，目前還沒有真正以納米精度切割材料的技術(shù)。但這也是所有后硅時代電子器件需要面臨的挑戰(zhàn)。至少我們現(xiàn)在有一種材料可以滿足這樣的要求。”

　　“這些晶體管可以工作，并且可以在空氣中、室溫條件下工作——也就是當(dāng)前電子器件可以使用的環(huán)境，” Geim這樣介紹。他還補充說石墨烯的性能“超越”硅一個數(shù)量級，與其他最好的材料性能類似，并且采用石墨烯制作電路的工藝與硅工藝非常兼容。

　　“目前我們采用與硅產(chǎn)業(yè)同樣的步驟制造晶體管。因此一旦我們有了足夠大的石墨烯晶圓，那直接采用同樣的工藝步驟就可以了。”

　　但Geim也表示第一個基于石墨烯的芯片或許會在10年后出現(xiàn)，并認為該材料可能會先用于LCD顯示器，代替現(xiàn)有的透明電極材料。