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石墨烯表亲硅烯的崛起:晶体管首秀

导读: 七年前,硅烯还只是理论家的一个梦。在对石墨烯(单原子层厚度、蜂巢状的碳材料)的狂热兴趣的驱动下,研究者推测硅原子也许也能形成类似的层状结构。而如果这种硅薄层结构能应用于电子设备的制造,可能会推动半导体工业实现终极的微型化。

  2月初,研究者揭示了第一块硅烯晶体管的相关细节,如果这种硅薄层结构能应用于电子设备的制造,可能会推动半导体工业实现终极的微型化。

  七年前,硅烯还只是理论家的一个梦。在对石墨烯(单原子层厚度、蜂巢状的碳材料)的狂热兴趣的驱动下,研究者推测硅原子也许也能形成类似的层状结构。而如果这种硅薄层结构能应用于电子设备的制造,可能会推动半导体工业实现终极的微型化。

  2月初,研究者揭示了第一块硅烯晶体管的相关细节,向实现梦想的方向迈出了关键一步。

  参与晶体管制作的德州大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)纳米材料学家德吉·阿金万德(Deji Akinwande)说,虽然设备表现平庸,且寿命只有几分钟,但硅烯这一概念的验证已足以让与会人员精神大振。法国艾克斯·马赛大学(Aix-Marseille University)的材料学家居伊·勒莱(Guy Le Lay)对此表示赞同。

  “没人会预料到,他们能在这么短的一段时间内,用尚未存在的材料做出晶体管。”他说。

  勒莱是2012年首先在实验室条件下制备出硅烯的科学家之一。硅烯晶体管首次诞生的这段时间,刚好也是科学家渐渐意识到石墨烯无法适用于晶体管的时候。石墨烯也许是世界上导电性最强的物质,但在一个重要的特性上,有别于计算机芯片中常用的半导体材料,石墨烯没有带隙(band gap)。带隙是电子在携带电流前必须跨过的能级障碍,它使半导体材料可具有“开”、“关”两种状态,从而可用于二进制逻辑操作。

  硅烯的崛起

  一直以来,都是硅烯的碳基“表亲”石墨烯吸引着更多注意,但硅烯正迎头赶上。

石墨烯表亲硅烯的崛起:晶体管首秀

  1994 首次计算出硅和锗的二维晶体结构(硅结构如上图)

  2004 安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)完成石墨烯的分离

  2007 创造术语“硅烯”

  2009 硅烯纳米带的制造;硅烯和锗烯理论方面的文章进入爆发期

  2010 海姆和诺沃肖洛夫因其在石墨烯方面的重要实验获得诺贝尔物理学奖

  2012六篇独立研究报道了在银表面制备出的硅烯层

  2015 首次硅烯晶体管展示

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