石墨烯“变身”成为低价半导体

石墨烯是近年来备受关注的一种新型材料，其在传递速度上的优势让学者们震惊。石墨烯的传递速度比硅晶快十倍，因此关于将石墨烯应用于半导体领域的研究开始大规模展开。近日，美国的研究者们发现了关于石墨烯的新应用，一种可用于生长半导体石墨烯带及客制其能隙的新技术。

“我们已经找到一种方法可生长不到10nm宽的半导体石墨烯带，它具有扶手型边缘(armchairedge)，可经由控制纳米带宽度实现各种不同的能隙，”研发人员解释。

 

图1“扶手型边缘”石墨烯纳米带沈积于锗基板上

研究人员早已知道在石墨烯带利用扶手型边缘取代锯齿型边缘，可望为其打开能隙，使其从导体变成一种半导体。然而，时至今日，生长石墨烯最简单的方法是在铜金属上进行，然后再将其移植到硅基板上蚀刻成带状。Arnold的研究团队最主要的发现是能够直接在低成本的锗表面上更轻易地生长扶手型边缘的石墨烯带，从而使其成为一种较硅晶更快10倍的客制半导体。

 

图2沉积于锗基板的窄纳米带特写(虚线用于显示纳米带边缘)

“我认为威斯康辛大学的研究成果传达了这样的一个信息：你并不需要拥有像英特尔(Intel)或IBM的资源，也能在石墨烯上实现突破性进展，”研究总监RichardDoherty表示：“在材料科学方面，还有许多值得我们学习之处，而化学与石墨烯的布局或许还有更多需要进一步的探索。”

锗晶圆比硅晶圆更便宜，让Arnold及其研究团队决定直接在锗晶圆上生长原子级的石墨烯薄层，但根据Arnold指出，利用化学气相沉积(CVD)先在锗单层上沈积，也可以在硅晶圆上取得相同的结果。其关键在于锗与石墨烯之间的晶格匹配，使得利用标准CVD也能轻松生长箭头直线型的石墨烯带。

 

图3三张渐进视图显示石墨烯纳米带彼此之间如何仅相互垂直生长与形成

在研发过程中团队发现了一个有趣的现象，使用CVD途径会让石墨烯纳米带以不可控的方式生长，方向统一或彼此垂直(见图3)。研发团队想要获得一种能够精确启动纳米带集结的生长方式，因此首先要确定石墨烯为何从特定的i位置开始生长，这将有助于石墨烯晶体管或传感器等复杂产品的研发。