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

石墨烯半導體的可行性

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)向半導體材料替代的原因。就以碳納米管為例，相較硅基半導體，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，離當前的硅基半導體還有不小的差距。

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，石墨烯在納電子學上的應用得到了限制，不少通過量子約束或化學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鍵，通過光譜測試發(fā)現(xiàn)有半導體特征。然而，其與碳化硅的結合是無序的，室溫遷移率極低。

終于開辟帶隙的石墨烯半導體

可根據(jù)該研究團隊的最新的研究發(fā)現(xiàn)，他們通過一種準平衡的退火方式，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、機械和熱穩(wěn)定性，可以按照傳統(tǒng)半導體的制備方式來進行圖形化，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)應用，成本與當下的半導體材料基本持平，卻可以實現(xiàn)更優(yōu)異的性能。

與此同時，天津大學研究團隊指出，這篇論文的發(fā)表只不過是一大技術突破，實現(xiàn)了石墨烯電子學的初步實用化，離石墨烯半導體真正的工業(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

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