首个石墨烯功能半导体面世，硅基的陌路?

电子发烧友网报道（文/周凯扬）根据外媒报道，由天津大学团队主导，联合亚特兰大佐治亚理工学院的研究人员，开发出了世界上首个基于石墨烯的功能半导体。这一全新的突破可能意味着半导体领域的格局就此改变，基于石墨烯的半导体也有可能成为未来埃米级制造的新材料。
 
石墨烯半导体的可行性
 
硅材料在小于10nm的尺寸下，却始终存在容易失去稳定性的问题。这也是为何越来越多的研究开始转向半导体材料替代的原因。就以碳纳米管为例，相较硅基半导体，碳纳米管芯片在速度和功耗上均有着成倍的优势，但在高产高纯的材料制备上，离当前的硅基半导体还有不小的差距。
 
另一个被大家寄予厚望的材料就是石墨烯，其晶格高度稳定的特性，为其在10nm以下的半导体制造提供了极大优势。然而在以上研究人员联合发布的论文《碳化硅上的超高迁移率半导体外延石墨烯》中也提到，由于缺乏本征带隙，石墨烯在纳电子学上的应用得到了限制，不少通过量子约束或化学官能化的手段均未能制造出具有足够大带隙和足够高迁移率的半导体。
 
比如从商用电子级的碳化硅晶体中蒸发硅时，会在其表面形成一层石墨烯外延层，该外延层与碳化硅形成化学键，通过光谱测试发现有半导体特征。然而，其与碳化硅的结合是无序的，室温迁移率极低。
 
终于开辟带隙的石墨烯半导体
 
可根据该研究团队的最新的研究发现，他们通过一种准平衡的退火方式，形成了一个有序的外延层。更重要的是，其晶格与碳化硅基底保持一致，同样具有化学、机械和热稳定性，可以按照传统半导体的制备方式来进行图形化，还可以与半金属的石墨烯外延层无缝相连。
 
从具体指标上看，其具备0.6eV的带隙，室温迁移率超过5000cm2/VS。虽然其带隙仍小于硅的1.12eV，但室温下的电子迁移率远大于硅，对于石墨烯材料而言已经是极大的突破。据了解，该材料如果投入工业应用，成本与当下的半导体材料基本持平，却可以实现更优异的性能。
 
与此同时，天津大学研究团队指出，这篇论文的发表只不过是一大技术突破，实现了石墨烯电子学的初步实用化，离石墨烯半导体真正的工业化落地，至少还有10年以上的时间。联合发表改论文的物理学教授Walt de Heer也表示，这一突破更像是莱特兄弟的第一次试飞成功。
 
写在最后
 
在半导体制造工艺更新周期越来越长的当下，摩尔定律的放缓或死亡已经成了既定事实。我们已经从高NA EUV机器、GAA晶体管结构等方面开展了艰难的技术攻关，也获得了可观的成果，最后反而是半导体材料成了最大的阻碍。石墨烯半导体的出现，或许将为未来迈入埃米级的半导体制造，带来新的可能。