夢(mèng)想材料“硅烯”走進(jìn)現(xiàn)實(shí)或?qū)②s超石墨烯

1、夢(mèng)想材料“硅烯”走進(jìn)現(xiàn)實(shí)或?qū)②s超石墨烯 本報(bào)訊 7年前，硅烯還只是理論學(xué)家的一個(gè)幻想。受石墨烯由僅是單原子厚度的按蜂窩狀晶格排列的碳原子構(gòu)成的聞名材料熱忱的驅(qū)動(dòng)，研究人員推想，硅原子也可能形成類似的表面。而且假如它們可以被用于制作電子產(chǎn)品，硅烯膠片將會(huì)使半導(dǎo)體工業(yè)實(shí)現(xiàn)微型化的終極幻想。 美國得克薩斯州立大學(xué)納米材料研究人員、參與制作這個(gè)晶體管的Deji Akinwande說，盡管該設(shè)備的性能目前仍比較平凡，使用壽命也僅能以分鐘來計(jì)，這一理念的證明已經(jīng)引起軒然大波。法國馬賽第一大學(xué)材料科學(xué)家Guy Le Lay同意他的說法?！皼]有人預(yù)料到會(huì)在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)它，究竟不能用一種全然不存在的材料制

2、造晶體管。”他說。 Le Lay是首批自20XX年開頭進(jìn)行試驗(yàn)室硅烯研究的科學(xué)家之一。隨著硅烯晶體管走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，對(duì)石墨烯不相宜用來制作晶體管的熟悉也與日俱增。石墨烯或許是世界上導(dǎo)電性能最好的物質(zhì)，但卻缺少一種關(guān)鍵特性。和計(jì)算及芯片中使用的半導(dǎo)體不同，它缺乏帶隙電子攜帶電流之前必需躍過的能量跨欄。帶隙可以讓半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)閉，執(zhí)行“合乎規(guī)律”的操作?！皩?duì)于規(guī)律應(yīng)用來說，石墨烯可以說沒有一線期望?！盠e Lay說。相較而言，硅烯擁有帶隙，因?yàn)樗囊恍┰訒?huì)向上扣形成波紋脊，讓其中一些電子處于能量略微不同的狀態(tài)。而且，電腦芯片生產(chǎn)商在放棄數(shù)十年硅晶體管生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而選擇碳晶體管方面一直非常謹(jǐn)慎，查爾斯頓南卡羅

3、來納州軍事學(xué)院理論物理學(xué)家Lok Lew Yan Voon說。他領(lǐng)先為硅烯命名，并在20XX年就模擬了其屬性。 但在試驗(yàn)室中處理硅烯一直存在巨大挑戰(zhàn)，這種材料不能像石墨烯那樣，形成塊狀石墨然后用膠帶從固體砌塊上剝下來。取而代之的是，研究人員通過讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來獵取它，這是一個(gè)特別復(fù)雜的過程。而且不像穩(wěn)健的石墨烯，單獨(dú)的硅烯在空氣中極不穩(wěn)定，很難把輕薄的表層鍍到更加有用的基底上如晶體管的內(nèi)壁。正因?yàn)槿绱耍钡饺ツ?，一些研究人員還在質(zhì)疑硅烯畢竟是否存在。 Akinwande加入了意大利微電子和微系統(tǒng)研究所Alessandro Molle的團(tuán)隊(duì)，目標(biāo)是給硅烯供應(yīng)保護(hù)。

4、他們?cè)谝粚颖°y涂層上制作了一個(gè)硅烯膠板，并在上面添加了5納米厚的氧化鋁涂層。然后，他們把硅烯的夾心結(jié)構(gòu)從云母基底上剝落，使含銀的一面朝上，并把它放在氧化硅基底上。最終，他們輕輕地蝕刻掉一些銀，留下兩個(gè)金屬“島嶼”作為電極，中間留下一條外露的硅烯帶連接兩個(gè)小島?！斑@是一項(xiàng)特別奇妙的技術(shù)?！盠e Lay說，他準(zhǔn)備嘗試用鍺烯 一種化學(xué)性質(zhì)特別活躍的用鍺制成的相似“二維結(jié)構(gòu)”材料重復(fù)這一過程，他與團(tuán)隊(duì)于去年創(chuàng)造了這種材料。盡管技術(shù)非常奇妙，但是這種晶體管仍不能在短期內(nèi)應(yīng)用于移動(dòng)手機(jī)：因?yàn)橥饴兜墓柘?分鐘左右就會(huì)退化。然而，這段時(shí)間已足以檢測(cè)其特性。盡管其電子運(yùn)動(dòng)與石墨烯相比較慢，但該設(shè)備的確具備一個(gè)小

5、帶隙。 假如在硅烯晶體管上加一層涂層也可以延長其壽命。Akinwande曾用聚四氟乙烯幫助磷烯膠片另一種由磷制成的活性二維材料“生存”了數(shù)月。其他研究人員也表示，用多層硅烯可以在犧牲掉表層涂層的同時(shí)，保護(hù)下面的硅烯使用24小時(shí)。更關(guān)鍵的是，制作硅烯晶體管的技術(shù)可以通過各種方法去嘗試，而且還可以利用各種對(duì)空氣敏感的活性材料?！八隙ㄊ怯瓮孓D(zhuǎn)變者?！盠ew Yan Voon說，“這是我們期盼的文章。”然而，并非全部人都對(duì)硅烯的將來持樂觀態(tài)度?！艾F(xiàn)在，關(guān)于硅烯、鍺烯、磷烯的爭論有許多?！比鸬洳闋柲匪估砉ご髮W(xué)的Jari Kinaret 說，他同時(shí)是歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，這是一項(xiàng)斥資10億歐元研究二維材料及拓展相關(guān)應(yīng)用的科研項(xiàng)目，“但是它們面臨的問題相當(dāng)多?！?/p>