世界石墨稀半導體在電（diàn）子（zǐ）元器（qì）件方麵的研發又（yòu）有新的進展

石墨烯（graphene）的問世，讓科（kē）技（jì）在原有的（de）基礎上又發（fā）展了一個新（xīn）的台階，在不久的將來，會被（bèi）應用到電子行業，如CPU等，能將CPU的核心速度達（dá）到300G，人類將（jiāng）走進電（diàn）子（zǐ）行業的新時代。石墨烯是一種從石墨材（cái）料中剝離出的單層碳原（yuán）子麵材料，是碳的二維（wéi）結構，是一種“超（chāo）級材料”，硬度超過鑽石，同時又像橡膠一樣可以伸展。它（tā）的導電和導熱性（xìng）能超過任（rèn）何銅線，重量幾乎為（wéi）零。這種石墨晶體薄膜的厚度（dù）隻有0.335納米，把（bǎ）20萬片薄膜疊加（jiā）到一起，也隻有一根頭發絲（sī）那麽厚。

以（yǐ）單層碳素原子形成的極薄的網狀物（wù）質，具有極強的導熱（rè）導電性能（néng），較同樣厚度的鋼鐵要結實100倍。英國的（de）曼徹斯特大（dà）學的（de）安德烈蓋姆（AndreGeim，音（yīn），54歲）博（bó）士（shì）等人因研究出從石墨提（tí）取出石墨烯的方法，於（yú）2010年獲得了諾貝爾（ěr）物理學獎。韓國人美國哥倫比亞大學韓國人金必立（音，45歲）教授被譽為該領域世界頂級專家之一。金教授在此次樸研究員（yuán）的（de）論文中以共同作者提名。


三星電子成功（gōng）開發出可生產比原有半導體芯片速度快百倍以上的芯片的新型基礎元件。這就是以號稱“夢之新材料”的“石墨（mò）烯（Graphene）”製成的元件，是（shì）三星電子綜合技（jì）術院樸成俊（音，41歲）專門研究院小組研究成果。該成果於5月17日（當地時間）被刊載（zǎi）在世界最高權威科學（xué）學術（shù）期刊《科學》網絡版，預計不久將會刊登（dēng）於印刷版中（zhōng）。

研究的要旨（zhǐ）是“使用石墨烯（xī），製成晶體管”。石墨烯晶體（tǐ）管比目前現有的半導體晶體管的傳導速度（dù）要快出數百倍。這可立即引發（fā）芯片的速度提升。芯片是由數十億個極小的晶體管排列組（zǔ）成的。

如果石墨烯被很好使用（yòng），可以製成更快（kuài）的（de）晶體管和芯片，科學家們早就關注到了這點。因此，全世界（jiè）都在競相開發研製石墨烯晶體管。在這場激（jī）烈的競爭中，三星電子研究組率先揍響了凱（kǎi）歌。這得益於“在石墨（mò）烯上附（fù）上（shàng）半導體”的創意。如果要製成晶體管，需要捕獲（huò）電子的技術，但在石墨烯內部，這不是件容易完成的事情。在（zài）石墨烯（xī）上結合矽製成“蕭特基（Schottky）屏障”，該屏障的高度像水壩一樣時漲時（shí）降，以此來（lái）實（shí）現不（bú）斷反複捕獲（huò）與釋放電子。三星電子將這樣的晶體管起名為“Barristor”。“Barristor”是“barrier（屏障（zhàng））”和“transistor（晶體管）”結合而成的合成詞。

樸研究員說：“小組成員的專業多樣，這樣可以更好地解決時而碰（pèng）到的問（wèn）題”。“學問融合的力量”是世界最先研發（fā）出石墨烯（xī）晶體管的原動力。樸研究員畢業（yè）於首爾大學化工學係，在美國斯（sī）坦福大學取得博士學位。綜技院研究組（zǔ）擁有包（bāo）括樸研究員在（zài）內的7名成員，專業（yè）分別來（lái）自物理?化學?材料工程學等（děng）各個領域。“要想製出可實際電子（zǐ）器械中使用石墨烯（xī）芯片（piàn），需要經過製出更小的晶體管、以此基礎上構成集成電路（lù），以及（jí）再進行大（dà）量生產（chǎn）等多（duō）個階段”，“將會不懈努力，直到實現這一目標”。

製（zhì）備方法：

　　石墨（mò）烯（xī）的合成方法主要有兩種：機械方法和化（huà）學方法。機械（xiè）方法包括微機械分離法、取向附生法和加（jiā）熱（rè）SiC的方法 ； 化學方（fāng）法是化學還原法與化學解理法（fǎ）。
　　
微機械（xiè）分離法

最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體（tǐ）上剪裁下來。

2004年Novoselovt等用這種方法製備出了單層石墨烯，並可以（yǐ）在外界環境下穩（wěn）定存在。典型製（zhì）備方法是（shì）用（yòng）另外一種材料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表麵會產生絮片（piàn）狀的晶體，在這些絮片狀的晶（jīng）體中含有單層的石墨烯。　但缺點是此法是利（lì）用摩擦石墨表麵獲得（dé）的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片（piàn），其尺寸不易控製（zhì），無法可靠地製造長度足供（gòng）應用的石（shí）墨薄（báo）片樣本。取（qǔ）向附（fù）生法—晶膜生長取向附（fù）生（shēng）法是利用生長基質原子結構“種”出石墨烯（xī），首先讓碳原子（zǐ）在 1 1 5 0 ℃下滲入釕，然後冷卻，冷卻到850℃後,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表麵（miàn），鏡（jìng）片形狀的（de）單層的碳原子“ 孤島（dǎo）” 布滿了整個基質表麵，最終它們可長成（chéng）完整的一層石墨烯。第一層覆（fù）蓋 8 0 %後，第（dì）二層開始（shǐ）生長。底層的石墨烯會與（yǔ）釕產（chǎn）生強烈的交互作用，而第（dì）二層後就幾乎與釕完全分離，隻剩下弱電耦合，得（dé）到的單層石墨烯薄片表現令人滿意。但采用這種方法生產的石（shí）墨烯（xī）薄（báo）片往往厚度不（bú）均勻，且石墨烯和基質之間的黏合會（huì）影 響（xiǎng）碳層的特性。另外Peter W.Sutter 等使用的基質是稀有金屬釕。

加熱（rè） SiC法 　　

該法是通過加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001) 麵上分解出石墨烯片層。具體過程是：將經氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下通過電子轟擊（jī）加熱，除去氧（yǎng）化物。用俄歇電子能譜確定表麵的氧化物完全被移除後，將（jiāng）樣（yàng）品加熱（rè）使之溫度升（shēng）高至1250~1450℃後恒溫1min~20min，從而（ér）形成極薄的石墨層，經過幾年的探索，Berger等人已經能可控地製備出單層或是多層石墨烯。其厚度由加熱溫度決（jué）定，製備（bèi）大麵積具有單（dān）一（yī）厚度的石墨烯比較困難。 　　包信和等開（kāi）發了（le）一條以商品化碳化矽顆粒為原料，通過高溫裂解規模製備高品質無支（zhī）持（Free standing）石墨烯（xī）材料的新途徑。通過（guò）對原料碳化矽粒子、裂解溫度、速率以及氣氛的控製，可以實現對石墨烯結構（gòu）和尺寸的調控。這（zhè）是一種（zhǒng）非常新穎、對實現石墨烯的實（shí）際應用非常重要的製備方法。 　　

化學還原法

化學還原法是將氧化石墨與水以1 mg/mL的 比例（lì）混合， 用超聲波振（zhèn）蕩至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在1 0 0℃回流2 4 h ，產生黑色顆（kē）粒狀沉澱，過濾、烘幹即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化學分散法製得厚度為1 nm左右的石墨烯。 　　化學（xué）解理法 　　化學解理法是將氧化石墨通過熱還原的方法製備石墨烯的方法，氧化石墨（mò）層間的含氧官能（néng）團在一定溫度下發生反應，迅速放出氣體，使得氧化石（shí）墨層被還原（yuán）的同時解理開，得到石墨烯（xī）。

這是一種重要的製備石墨烯的方法，天津大學楊全（quán）紅等（děng）用低溫化學解理氧化石墨的方（fāng）法製備了高質量的石墨烯