世界石墨稀半导体在电子元器件方面的研发又有新的进展

石墨烯（graphene）的问世，让科技在原有的基础上又发展了一个新的台阶，在不久的将来，会被应用到电子行业，如CPU等，能将CPU的核心速度达到300G，人类将走进电子行业的新时代。石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，是一种“超级材料”，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。它的导电和导热性能超过任何铜线，重量几乎为零。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

以单层碳素原子形成的极薄的网状物质，具有极强的导热导电性能，较同样厚度的钢铁要结实100倍。英国的曼彻斯特大学的安德烈盖姆（AndreGeim，音，54岁）博士等人因研究出从石墨提取出石墨烯的方法，于2010年获得了诺贝尔物理学奖。韩国人美国哥伦比亚大学韩国人金必立（音，45岁）教授被誉为该领域世界顶级专家之一。金教授在此次朴研究员的论文中以共同作者提名。


三星电子成功开发出可生产比原有半导体芯片速度快百倍以上的芯片的新型基础元件。这就是以号称“梦之新材料”的“石墨烯（Graphene）”制成的元件，是三星电子综合技术院朴成俊（音，41岁）专门研究院小组研究成果。该成果于5月17日（当地时间）被刊载在世界最高权威科学学术期刊《科学》网络版，预计不久将会刊登于印刷版中。

研究的要旨是“使用石墨烯，制成晶体管”。石墨烯晶体管比目前现有的半导体晶体管的传导速度要快出数百倍。这可立即引发芯片的速度提升。芯片是由数十亿个极小的晶体管排列组成的。

如果石墨烯被很好使用，可以制成更快的晶体管和芯片，科学家们早就关注到了这点。因此，全世界都在竞相开发研制石墨烯晶体管。在这场激烈的竞争中，三星电子研究组率先揍响了凯歌。这得益于“在石墨烯上附上半导体”的创意。如果要制成晶体管，需要捕获电子的技术，但在石墨烯内部，这不是件容易完成的事情。在石墨烯上结合硅制成“萧特基（Schottky）屏障”，该屏障的高度像水坝一样时涨时降，以此来实现不断反复捕获与释放电子。三星电子将这样的晶体管起名为“Barristor”。“Barristor”是“barrier（屏障）”和“transistor（晶体管）”结合而成的合成词。

朴研究员说：“小组成员的专业多样，这样可以更好地解决时而碰到的问题”。“学问融合的力量”是世界最先研发出石墨烯晶体管的原动力。朴研究员毕业于首尔大学化工学系，在美国斯坦福大学取得博士学位。综技院研究组拥有包括朴研究员在内的7名成员，专业分别来自物理?化学?材料工程学等各个领域。“要想制出可实际电子器械中使用石墨烯芯片，需要经过制出更小的晶体管、以此基础上构成集成电路，以及再进行大量生产等多个阶段”，“将会不懈努力，直到实现这一目标”。

制备方法：

　　石墨烯的合成方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法 ； 化学方法是化学还原法与化学解理法。
　　
微机械分离法

最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。

2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。　但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。取向附生法—晶膜生长取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在 1 1 5 0 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖 8 0 %后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性。另外Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。

加热 SiC法 　　

该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。 　　包信和等开发了一条以商品化碳化硅颗粒为原料，通过高温裂解规模制备高品质无支持（Free standing）石墨烯材料的新途径。通过对原料碳化硅粒子、裂解温度、速率以及气氛的控制，可以实现对石墨烯结构和尺寸的调控。这是一种非常新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法。 　　

化学还原法

化学还原法是将氧化石墨与水以1 mg/mL的 比例混合， 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在1 0 0℃回流2 4 h ，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯。 　　化学解理法 　　化学解理法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应，迅速放出气体，使得氧化石墨层被还原的同时解理开，得到石墨烯。

这是一种重要的制备石墨烯的方法，天津大学杨全红等用低温化学解理氧化石墨的方法制备了高质量的石墨烯