石墨烯是近年來備受關(guān)注的一種新型材料，其在傳遞速度上的優(yōu)勢讓學(xué)者們震驚。石墨烯的傳遞速度比硅晶快十倍，因此關(guān)于將石墨烯應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究開始大規(guī)模展開。近日，美國的研究者們發(fā)現(xiàn)了關(guān)于石墨烯的新應(yīng)用，一種可用于生長半導(dǎo)體石墨烯帶及客制其能隙的新技術(shù)。

“我們已經(jīng)找到一種方法可生長不到10nm寬的半導(dǎo)體石墨烯帶，它具有扶手型邊緣(armchairedge)，可經(jīng)由控制納米帶寬度實(shí)現(xiàn)各種不同的能隙，”研發(fā)人員解釋。

圖1“扶手型邊緣”石墨烯納米帶沈積于鍺基板上

研究人員早已知道在石墨烯帶利用扶手型邊緣取代鋸齒型邊緣，可望為其打開能隙，使其從導(dǎo)體變成一種半導(dǎo)體。然而，時(shí)至今日，生長石墨烯最簡單的方法是在銅金屬上進(jìn)行，然后再將其移植到硅基板上蝕刻成帶狀。Arnold的研究團(tuán)隊(duì)最主要的發(fā)現(xiàn)是能夠直接在低成本的鍺表面上更輕易地生長扶手型邊緣的石墨烯帶，從而使其成為一種較硅晶更快10倍的客制半導(dǎo)體。

圖2沉積于鍺基板的窄納米帶特寫(虛線用于顯示納米帶邊緣)

“我認(rèn)為威斯康辛大學(xué)的研究成果傳達(dá)了這樣的一個(gè)信息：你并不需要擁有像英特爾(Intel)或IBM的資源，也能在石墨烯上實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，”研究總監(jiān)RichardDoherty表示：“在材料科學(xué)方面，還有許多值得我們學(xué)習(xí)之處，而化學(xué)與石墨烯的布局或許還有更多需要進(jìn)一步的探索。”

鍺晶圓比硅晶圓更便宜，讓Arnold及其研究團(tuán)隊(duì)決定直接在鍺晶圓上生長原子級(jí)的石墨烯薄層，但根據(jù)Arnold指出，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)先在鍺單層上沈積，也可以在硅晶圓上取得相同的結(jié)果。其關(guān)鍵在于鍺與石墨烯之間的晶格匹配，使得利用標(biāo)準(zhǔn)CVD也能輕松生長箭頭直線型的石墨烯帶。

圖3三張漸進(jìn)視圖顯示石墨烯納米帶彼此之間如何僅相互垂直生長與形成

在研發(fā)過程中團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，使用CVD途徑會(huì)讓石墨烯納米帶以不可控的方式生長，方向統(tǒng)一或彼此垂直(見圖3)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)想要獲得一種能夠精確啟動(dòng)納米帶集結(jié)的生長方式，因此首先要確定石墨烯為何從特定的i位置開始生長，這將有助于石墨烯晶體管或傳感器等復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)。