美国新技术用低成本把石墨烯变半导体

一叶孤舟

        石墨烯本身缺乏能隙（bandgap），使其得以展现超过每伏特每秒15，000平方公分（cm2/Vs）的惊人速度，比硅晶更快10倍，但却也只能作为导体使用。而今，由美国威斯康辛大学（University  of Wisconsin）教授Michael Arnold带领的研究团队以及阿贡国家实验室（Argonne National  Laboratory）的研究人员们，发现一种可用于生长半导体石墨烯带（graphene ribbon）及客製其能隙的新技术。

　　「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（armchair  edge），可经由控制纳米带宽度实现各种不同的能隙，」Arnold解释。

　　「扶手型边缘」石墨烯纳米带沉积于锗基板上的示意图

　　（来源：University of Wisconsin）

　　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倍的客製半导体。

　　

　　沉积于锗基板的窄纳米带特写（虚线用于显示纳米带边缘）

　　（来源：University of Wisconsin）

「我认为威斯康辛大学的研究成果传达了这样的一个讯息：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，」The  Envisioneering Group研究总监Richard  Doherty表示：「在材料科学方面，还有许多值得我们学习之处，而化学与石墨烯的佈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）先在锗单层上沉积，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也能轻鬆生长箭头直线型的石墨烯带，」Arnold表示。

　　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。

　　（来源：University of Wisconsin）

　　Arnold的团队还发现了一个奇怪的现象：在利用CVD途径时，石墨烯纳米带似乎会以随机的方式生长，全部採任一方向或彼此垂直的方式生长（如上图）。现在，研究人员想找到能够限制在电路位置精确启动纳米带集结生长的方式。为了实现这个目标，研究团队想知道石墨烯为什麽以及如何挑选特定位置开始生长；此外，他们也打算利用这些知识打造像石墨烯电晶体、感测器与光电元件等複杂的电路。来源：                                eettaiwan