電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚(yáng)）根據(jù)外媒報道，由天津大學(xué)團(tuán)隊主導(dǎo)，聯(lián)合亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院的研究人員，開發(fā)出了世界上首個基于石墨烯的功能半導(dǎo)體。這一全新的突破可能意味著半導(dǎo)體領(lǐng)域的格局就此改變，基于石墨烯的半導(dǎo)體也有可能成為未來埃米級制造的新材料。

石墨烯半導(dǎo)體的可行性

硅材料在小于10nm的尺寸下，卻始終存在容易失去穩(wěn)定性的問題。這也是為何越來越多的研究開始轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體材料替代的原因。就以碳納米管為例，相較硅基半導(dǎo)體，碳納米管芯片在速度和功耗上均有著成倍的優(yōu)勢，但在高產(chǎn)高純的材料制備上，離當(dāng)前的硅基半導(dǎo)體還有不小的差距。

另一個被大家寄予厚望的材料就是石墨烯，其晶格高度穩(wěn)定的特性，為其在10nm以下的半導(dǎo)體制造提供了極大優(yōu)勢。然而在以上研究人員聯(lián)合發(fā)布的論文《碳化硅上的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》中也提到，由于缺乏本征帶隙，石墨烯在納電子學(xué)上的應(yīng)用得到了限制，不少通過量子約束或化學(xué)官能化的手段均未能制造出具有足夠大帶隙和足夠高遷移率的半導(dǎo)體。

比如從商用電子級的碳化硅晶體中蒸發(fā)硅時，會在其表面形成一層石墨烯外延層，該外延層與碳化硅形成化學(xué)鍵，通過光譜測試發(fā)現(xiàn)有半導(dǎo)體特征。然而，其與碳化硅的結(jié)合是無序的，室溫遷移率極低。

終于開辟帶隙的石墨烯半導(dǎo)體

可根據(jù)該研究團(tuán)隊的最新的研究發(fā)現(xiàn)，他們通過一種準(zhǔn)平衡的退火方式，形成了一個有序的外延層。更重要的是，其晶格與碳化硅基底保持一致，同樣具有化學(xué)、機(jī)械和熱穩(wěn)定性，可以按照傳統(tǒng)半導(dǎo)體的制備方式來進(jìn)行圖形化，還可以與半金屬的石墨烯外延層無縫相連。

從具體指標(biāo)上看，其具備0.6eV的帶隙，室溫遷移率超過5000cm2/VS。雖然其帶隙仍小于硅的1.12eV，但室溫下的電子遷移率遠(yuǎn)大于硅，對于石墨烯材料而言已經(jīng)是極大的突破。據(jù)了解，該材料如果投入工業(yè)應(yīng)用，成本與當(dāng)下的半導(dǎo)體材料基本持平，卻可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的性能。

與此同時，天津大學(xué)研究團(tuán)隊指出，這篇論文的發(fā)表只不過是一大技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了石墨烯電子學(xué)的初步實(shí)用化，離石墨烯半導(dǎo)體真正的工業(yè)化落地，至少還有10年以上的時間。聯(lián)合發(fā)表改論文的物理學(xué)教授Walt de Heer也表示，這一突破更像是萊特兄弟的第一次試飛成功。

寫在最后

在半導(dǎo)體制造工藝更新周期越來越長的當(dāng)下，摩爾定律的放緩或死亡已經(jīng)成了既定事實(shí)。我們已經(jīng)從高NA EUV機(jī)器、GAA晶體管結(jié)構(gòu)等方面開展了艱難的技術(shù)攻關(guān)，也獲得了可觀的成果，最后反而是半導(dǎo)體材料成了最大的阻礙。石墨烯半導(dǎo)體的出現(xiàn)，或許將為未來邁入埃米級的半導(dǎo)體制造，帶來新的可能。