基于石墨烯的納米電子平臺問世，可與傳統(tǒng)的微電子制造兼容

IT之家 12 月 23 日消息，隨著芯片制造行業(yè)工藝微縮這條路逐漸走到盡頭，納米電子學(xué)領(lǐng)域急需找出一種硅的替代材料，而大家近十年來最期待的石墨烯已經(jīng)有所應(yīng)用，不過大概依然是無法在短時間內(nèi)走向市場。

美國佐治亞理工學(xué)院專家中的專家沃爾特?德?希爾（Walter de Heer）率先開發(fā)出了一種新的基于石墨烯的納米電子學(xué)平臺 —— 單片碳原子，與傳統(tǒng)的微電子制造兼容，為人類從硅材料轉(zhuǎn)向新材料鋪平了道路。

IT之家了解到，相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然?通訊》雜志上。

該團隊還新發(fā)現(xiàn)了一種可能的準粒子。他們的發(fā)現(xiàn)有助于人類制造出更小、更快、更高效和可持續(xù)的計算機芯片，并對量子和高性能計算產(chǎn)生潛在影響。

官方表示，該技術(shù)有助于制造出更小、更快、更高效和更可持續(xù)的計算機芯片，并對量子和高性能計算具有潛在影響。

“石墨烯的力量在于其扁平的二維結(jié)構(gòu)，由已知最強的化學(xué)鍵連接在一起，”de Heer 介紹稱，“從一開始就很明顯，石墨烯的小型化程度要比硅強得多，可以制造出更小的設(shè)備，同時可以用更高的速度運行，產(chǎn)生的熱量也小得多。這意味著，在原則上，石墨烯芯片可以比硅芯片封裝更多的元器件?！?/p>

2001 年，de Heer 提出了一種基于外延石墨烯的另一種電子形式，他發(fā)現(xiàn)在碳化硅晶體頂部自發(fā)形成了一層石墨烯，而碳化硅晶體是一種用于大功率電子設(shè)備的半導(dǎo)體。

當時，研究人員發(fā)現(xiàn)電流可以沿著外延石墨烯的邊緣“無阻力”流動，并且石墨烯器件可以在沒有金屬線的情況下無縫連接。這種組合可以制造出一種依賴于石墨烯電子獨特的類光性質(zhì)的電子形式。

de Heer 說:“在低溫下，碳納米管中已經(jīng)觀察到量子干涉，我們希望在外延石墨烯帶和網(wǎng)絡(luò)中看到類似的影響?！薄笆┑倪@一重要特性是硅無法實現(xiàn)的。”

為了創(chuàng)建新的納米電子學(xué)平臺，研究人員在碳化硅晶體基板上搭建了一種改良形式的外延石墨烯。他們與中國天津大學(xué)國際納米粒子和納米系統(tǒng)中心的研究人員合作，用電子級碳化硅晶體生產(chǎn)出了獨特的碳化硅芯片。

研究人員使用電子束光刻（微電子學(xué)中常用的一種方法）來雕刻石墨烯納米結(jié)構(gòu)并將其邊緣焊接到碳化硅芯片上。最后，為了測量他們的石墨烯平臺的電子特性，該團隊還使用了一種低溫設(shè)備，使他們能夠記錄從接近零的溫度到室溫的特性。

他們發(fā)現(xiàn)，石墨烯邊緣態(tài)觀察到的電荷類似于光纖中的光子，可以在不散射的情況下傳播到距離很遠的地方。他們發(fā)現(xiàn)電荷在散射前沿著邊緣移動了數(shù)萬納米，而先前技術(shù)中的石墨烯電子只能行進約 10 納米。

與研究人員預(yù)期相反的是，此邊緣電流并不是由電子或空穴產(chǎn)生的，而是由一種獨特的準粒子所引發(fā)的現(xiàn)象。奇怪的是，這種準粒子既沒有電荷也沒有能量，但運動時毫無阻力。此外，他們還觀察到混合準粒子的成分在石墨烯邊緣的相對側(cè)移動。

這種獨特的性質(zhì)表明，他們所發(fā)現(xiàn)的準粒子可能是物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谧穼さ哪欠N準粒子，也就是意大利理論物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納 (Ettore Majorana) 于 1937 年預(yù)言的馬約拉納費米子。

“在無縫互連的石墨烯網(wǎng)絡(luò)中使用這種新的準粒子開發(fā)電子產(chǎn)品正在改變游戲規(guī)則，”de Heer 說。

不過大家不要高興地太早，任何事物都無法一蹴而就。根據(jù) de Heer 的說法，我們可能還需要 5 到 10 年的時間才能看到第一個基于石墨烯的電子產(chǎn)品。但得益于這種新的石墨烯平臺，此類技術(shù)比以往任何時候都更接近成熟。