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英国石墨烯晶体管突破厚度仅为一个原子

发布时间:2020-07-21 18:20:16 阅读: 来源:生物质颗粒机厂家

英国曼彻斯特大学的研究人员成功研制了尺寸最小的,其厚度为1个原子,截面为10个原子。

本文引用地址: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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