1月4日消息，有媒體報(bào)道稱有研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了世界上第一個(gè)由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體（Functional Graphene Semiconductor）。

目前與該研究相關(guān)的論文《Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide》（《碳化硅上的超高遷移率半導(dǎo)體外延石墨烯》）已經(jīng)成功發(fā)表在了《自然》雜志上，論文的共同第一作者趙健、紀(jì)佩璇、李雅奇、李睿四人以及其余多位署名作者主要來自中國(guó)天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也有美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授沃爾特·德赫爾(Walter de Heer)帶領(lǐng)的研究人員。

據(jù)了解，這項(xiàng)石墨烯半導(dǎo)體的研究是由天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)作為主導(dǎo)完成的。該團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師天津大學(xué)講席教授、天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國(guó)際研究中心執(zhí)行主任馬雷接受第一財(cái)經(jīng)采訪時(shí)表示，該研究以天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了主要的研究和攻關(guān)工作，并非網(wǎng)傳由外國(guó)高校主導(dǎo)，文章的署名作者之一的沃爾特·德赫爾則是提點(diǎn)了研究方向。

石墨烯是什么

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，因其具有超薄（1毫米厚的鱗片石墨=300萬片石墨烯）、超輕（動(dòng)物毛發(fā)可以支撐起紅棗大小的石墨烯氣凝膠）、超強(qiáng)（完美石墨烯膜制作成保鮮膜蓋在杯子上坐一頭大象才能讓其破裂）等性能，被稱為“新材料之王”。

理論上看來，石墨烯是制備未來傳輸速度更快、體積更小、更節(jié)能的電子元件的理想材料，而且另一大優(yōu)勢(shì)是制備石墨烯的原料理論上可以無限供應(yīng)。

但是，石墨烯沒有合適的帶隙，無法以正確的比率打開和關(guān)閉，導(dǎo)致不能在半導(dǎo)體領(lǐng)域直接應(yīng)用，這也是石墨烯電子學(xué)中長(zhǎng)期存在的問題。多年來，許多研究者嘗試用各種方法來打開石墨烯的“帶隙”，但是都未能制備出可行的基于石墨烯的功能半導(dǎo)體，會(huì)很大程度上損失材料的本征特性。

在行業(yè)內(nèi)，石墨烯分為兩種，一個(gè)叫石墨烯粉，一個(gè)叫石墨烯薄膜。石墨烯粉在我們?nèi)锝心惺?，石墨烯薄膜叫女石墨烯。男石墨烯比較糙，石墨烯薄膜能看透，但也看不明白，又精致，號(hào)稱女石墨烯。不管是石墨烯粉底和石墨烯薄膜，它在下游的產(chǎn)業(yè)中，有它龐大的或者廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

對(duì)于粉體而言，在復(fù)合材料的應(yīng)用里面，在靜電屏蔽這種塑料里面，靜電屏蔽的應(yīng)用里面，以及在儲(chǔ)能電池里面的電極材料，以及導(dǎo)電劑的種種方面里面，還是淡化節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)里面，都有它一個(gè)深遠(yuǎn)的廣泛應(yīng)用。比如說科研上、甚至產(chǎn)業(yè)化上，都有這個(gè)應(yīng)用。

對(duì)于石墨烯薄膜在晶體管、器件、集成電路相關(guān)的應(yīng)用的科學(xué)研究，也是日益增長(zhǎng)，涌現(xiàn)了非常多的這個(gè)科研成果。在產(chǎn)業(yè)化之路也在之上行走。

直到今天，這個(gè)問題才得以突破。天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過在碳化硅晶圓上外延石墨烯，即在碳化硅晶圓上生長(zhǎng)單層石墨烯，使其與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，從而得到了半導(dǎo)體特性。

該團(tuán)隊(duì)表示，他們證明了單晶碳化硅襯底上的半導(dǎo)體外延石墨烯（Semiconducting Epigraphene，SEG）具有0.6 eV的帶隙和5500 c㎡/V·S的室溫電子遷移率（摘要中標(biāo)注的是超過5000c㎡/V·S，2023年2月第一版論文則是4000 c㎡/V·S），比硅高出3倍，比其它二維半導(dǎo)體高20倍。

注釋：外延石墨烯（Epigraphene）指的是在碳化硅晶體上自發(fā)形成的石墨烯，當(dāng)硅在高溫下從表面升華時(shí)導(dǎo)致富碳表面重結(jié)晶成石墨烯。

不過該項(xiàng)研究距離工業(yè)化落地還尚遠(yuǎn)?！拔夜烙?jì)還要10到15年，才能真正能看到石墨烯半導(dǎo)體完全落地?！眻F(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師馬雷指出，研究團(tuán)隊(duì)正在努力嘗試讓石墨烯半導(dǎo)體材料長(zhǎng)在更大尺寸的碳化硅襯底上。

審核編輯：劉清