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近日，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的材料學(xué)家成功研制了1英寸大小碳納米晶體管，這種晶體管首次在性能上同時(shí)超越了硅晶體管和砷化鎵晶體管。一時(shí)間，材料界炸開了鍋，“石墨烯和碳納米管誰會(huì)成為下一代半導(dǎo)體材料？”這一問題再次被激烈談?wù)摗?/P>

摩爾定律的終結(jié)，這無疑是半導(dǎo)體圈最棘手的事。雖然新的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖不再以摩爾定律為目標(biāo)，并且可能會(huì)“超越摩爾”，但研究人員還是各自尋找硅材料的替代者來提升半導(dǎo)體的性能。

一直以來，碳納米管都被認(rèn)為是最有可能取代硅的材料之一，這源于它很多優(yōu)于硅的天然屬性。比如電子可以比硅晶體管更輕松地轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸；具備很好的強(qiáng)度和柔性，可以用來制造柔性顯示器和電子設(shè)備，經(jīng)得起拉伸與彎曲......但是，這一切的基礎(chǔ)都是建立在高性能碳納米晶體管上。

然而，制造高性能的碳納米管晶體管卻一直面臨著兩大技術(shù)難題：

一是要達(dá)到極高的純度，因?yàn)樘技{米管中的金屬雜質(zhì)會(huì)像銅線一樣導(dǎo)致設(shè)備短路，只有高純度才能獲得高效率。

在碳納米管制備過程的最后階段，半導(dǎo)體型碳納米管會(huì)和金屬型你中有我，我中有你一般地混在一起。雖然這兩種碳納米管都十分有價(jià)值，但是必須分開使用，因?yàn)橹挥屑兊奶技{米管（半導(dǎo)體型或者金屬型）才能在器件層面得到應(yīng)用，所以有效的分離技術(shù)也就成了碳納米管走向應(yīng)用的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

二是精度極高的陣列控制，要將數(shù)量眾多的碳納米管塞進(jìn)指甲蓋大小的芯片就必須精確地控制好各個(gè)碳納米管之間的距離。

在這次研究中，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員幾乎都輕松解決了這些問題，讓碳納米管晶體管技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展。

從理論上講，未來碳納米晶體管的性能可以比硅高5倍，換言之，如果用在設(shè)備中，它的能耗比硅晶體管低5倍。一旦技術(shù)真正投入使用，就可以開發(fā)出更強(qiáng)大的處理器、讓無線通信速度更快、提高便攜設(shè)備的續(xù)航能力。

這樣看來，碳納米管成為下一代半導(dǎo)體材料看起來是板上釘釘?shù)氖虑�，然而�?SPAN style="BOX-SIZING: border-box; BORDER-BOTTOM: 0px; BORDER-LEFT: 0px; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; OUTLINE-STYLE: none; OUTLINE-COLOR: invert; PADDING-LEFT: 0px; OUTLINE-WIDTH: medium; PADDING-RIGHT: 0px; FONT-FAMILY: 'Microsoft YaHei', 微軟雅黑; BORDER-TOP: 0px; FONT-WEIGHT: 700; BORDER-RIGHT: 0px; PADDING-TOP: 0px">石墨烯的橫空出世，讓下一代半導(dǎo)體材料似乎又有了懸念。

石墨烯，被公認(rèn)為21世紀(jì)的“未來材料”和“革命性材料”。

自從2003年被發(fā)現(xiàn)以來，研究者發(fā)現(xiàn)它具有優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。最后一種性質(zhì)使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點(diǎn)，但最理想是用石墨烯自己制成電子元件——特別是晶體管。

作為半導(dǎo)體，要求材料擁有電子能帶隙。常規(guī)的石墨烯是沒有帶隙的——它特殊的波紋狀價(jià)帶和導(dǎo)帶實(shí)際上是連在一起的，這使得它更像是金屬。然而，只有一個(gè)原子厚的石墨烯可與其他元素?fù)诫s或復(fù)合，從而具有半導(dǎo)體特性。盡管如此，科學(xué)家們?nèi)匀辉噲D分開價(jià)帶與導(dǎo)帶這兩個(gè)帶。通過把石墨烯制造成奇特的形狀，如帶狀，目前最高可以讓帶隙達(dá)到100meV。

除此之外，石墨烯的電阻率低，比銅和銀還低，并且它的電子遷移率很高，用它做晶體管材料，可以大大提升處理器的時(shí)鐘主頻。

然而，這些似乎都不足以支撐石墨烯成為下一個(gè)半導(dǎo)體材料的理由。

石墨烯在半導(dǎo)體方面火起來的原因，是因?yàn)榧�成電路想不斷的減小，硅芯片做到現(xiàn)在十幾個(gè)納米的溝道已經(jīng)是極限，再想減小大家就從納米材料上下功夫。石墨烯作為最薄最強(qiáng)韌的材料，加上它又是一個(gè)二維結(jié)構(gòu)，做成一個(gè)個(gè)晶體管后就能組成小規(guī)模的集成電路。

總的來說，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)方面，小編更看好石墨烯的發(fā)展。碳納米管雖然在目前的研究中取得了相應(yīng)成績，但長遠(yuǎn)來看，石墨烯的廣泛應(yīng)用及獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，似乎在成為“下一代半導(dǎo)體材料”上更具優(yōu)勢(shì)。