中國(guó)粉體網(wǎng)訊 7年前，硅烯還只是理論學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)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)成的著名材料——熱情的驅(qū)動(dòng)，研究人員推測(cè)，硅原子也可能形成類似的表面。而且如果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)微型化的終極夢(mèng)想。
美國(guó)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(shuō)，盡管該設(shè)備的性能目前仍比較普通，使用壽命也僅能以分鐘來(lái)計(jì)，這一理念的證實(shí)已經(jīng)引起軒然大波。法國(guó)馬賽第一大學(xué)材料科學(xué)家Guy Le Lay同意他的說(shuō)法�！皼](méi)有人預(yù)料到會(huì)在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)它，畢竟不能用一種全然不存在的材料制造晶體管。”他說(shuō)。
Le Lay是首批自2012年開(kāi)始進(jìn)行實(shí)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)石墨烯不適宜用來(lái)制作晶體管的認(rèn)識(shí)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須躍過(guò)的能量跨欄。帶隙可以讓半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)閉，執(zhí)行“合乎邏輯”的操作。
“對(duì)于邏輯應(yīng)用來(lái)說(shuō)，石墨烯可以說(shuō)沒(méi)有一線希望�！盠e Lay說(shuō)。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十分謹(jǐn)慎，查爾斯頓南卡羅來(lái)納州軍事學(xué)院理論物理學(xué)家Lok Lew Yan Voon說(shuō)。他率先為硅烯命名，并在2007年就模擬了其屬性。
但在實(shí)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(lái)。取而代之的是，研究人員通過(guò)讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來(lái)獲取它，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)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�，直到去年，一些研究人員還在質(zhì)疑硅烯究竟是否存在。
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)是給硅烯提供保護(hù)。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。
“這是一項(xiàng)非常巧妙的技術(shù)�！盠e Lay說(shuō)，他打算嘗試用鍺烯—— 一種化學(xué)性質(zhì)非�；钴S的用鍺制成的相似“二維結(jié)構(gòu)”材料——重復(fù)這一過(guò)程，他與團(tuán)隊(duì)于去年發(fā)明了這種材料。
盡管技術(shù)十分巧妙，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)備確實(shí)具備一個(gè)小帶隙。
如果在硅烯晶體管上加一層涂層也可以延長(zhǎng)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(guò)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^對(duì)是游戲改變者�！盠ew Yan Voon說(shuō)，“這是我們期待的文章。”
然而，并非所有人都對(duì)硅烯的未來(lái)持樂(lè)觀態(tài)度�！艾F(xiàn)在，關(guān)于硅烯、鍺烯、磷烯的討論有很多。”瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Jari Kinaret 說(shuō)，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(wèn)題相當(dāng)多�！�
盡管如此，Le Lay堅(jiān)信，研究人員一定會(huì)向硅烯聚攏�！艾F(xiàn)在已經(jīng)研制出一種設(shè)備�！彼f(shuō)，“其他科學(xué)家會(huì)認(rèn)為，它已經(jīng)不再是想象中的材料，而是的的確確的現(xiàn)實(shí)�！�
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Le Lay是首批自2012年開(kāi)始進(jìn)行實(shí)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)石墨烯不適宜用來(lái)制作晶體管的認(rèn)識(shí)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須躍過(guò)的能量跨欄。帶隙可以讓半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)閉，執(zhí)行“合乎邏輯”的操作。
“對(duì)于邏輯應(yīng)用來(lái)說(shuō)，石墨烯可以說(shuō)沒(méi)有一線希望�！盠e Lay說(shuō)。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十分謹(jǐn)慎，查爾斯頓南卡羅來(lái)納州軍事學(xué)院理論物理學(xué)家Lok Lew Yan Voon說(shuō)。他率先為硅烯命名，并在2007年就模擬了其屬性。
但在實(shí)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(lái)。取而代之的是，研究人員通過(guò)讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來(lái)獲取它，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)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�，直到去年，一些研究人員還在質(zhì)疑硅烯究竟是否存在。
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)是給硅烯提供保護(hù)。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。
“這是一項(xiàng)非常巧妙的技術(shù)�！盠e Lay說(shuō)，他打算嘗試用鍺烯—— 一種化學(xué)性質(zhì)非�；钴S的用鍺制成的相似“二維結(jié)構(gòu)”材料——重復(fù)這一過(guò)程，他與團(tuán)隊(duì)于去年發(fā)明了這種材料。
盡管技術(shù)十分巧妙，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)備確實(shí)具備一個(gè)小帶隙。
如果在硅烯晶體管上加一層涂層也可以延長(zhǎng)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(guò)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^對(duì)是游戲改變者�！盠ew Yan Voon說(shuō)，“這是我們期待的文章。”
然而，并非所有人都對(duì)硅烯的未來(lái)持樂(lè)觀態(tài)度�！艾F(xiàn)在，關(guān)于硅烯、鍺烯、磷烯的討論有很多。”瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Jari Kinaret 說(shuō)，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(wèn)題相當(dāng)多�！�
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