基于石墨烯的納米電子平臺問(wèn)世，可與傳統的微電子制造兼容

IT之家 12 月 23 日消息，隨著(zhù)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(lái)最期待的石墨烯已經(jīng)有所應用，不過(guò)大概依然是無(wú)法在短時(shí)間內走向市場(chǎng)。

美國佐治亞理工學(xué)院專(zhuān)家中的專(zhuān)家沃爾特?德?希爾（Walter de Heer）率先開(kāi)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，與傳統的微電子制造兼容，為人類(lèi)從硅材料轉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)現了一種可能的準粒子。他們的發(fā)現有助于人類(lèi)制造出更小、更快、更高效和可持續的計算機芯片，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構，由已知最強的化學(xué)鍵連接在一起，”de Heer 介紹稱(chēng)，“從一開(kāi)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備，同時(shí)可以用更高的速度運行，產(chǎn)生的熱量也小得多。這意味著(zhù)，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備的半導體。

當時(shí)，研究人員發(fā)現電流可以沿著(zhù)外延石墨烯的邊緣“無(wú)阻力”流動(dòng)，并且石墨烯器件可以在沒(méi)有金屬線(xiàn)的情況下無(wú)縫連接。這種組合可以制造出一種依賴(lài)于石墨烯電子獨特的類(lèi)光性質(zhì)的電子形式。

de Heer 說(shuō):“在低溫下，碳納米管中已經(jīng)觀(guān)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(lèi)似的影響?！薄笆┑倪@一重要特性是硅無(wú)法實(shí)現的?！?/p>

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(lái)雕刻石墨烯納米結構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，石墨烯邊緣態(tài)觀(guān)察到的電荷類(lèi)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)現電荷在散射前沿著(zhù)邊緣移動(dòng)了數萬(wàn)納米，而先前技術(shù)中的石墨烯電子只能行進(jìn)約 10 納米。

與研究人員預期相反的是，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)的現象。奇怪的是，這種準粒子既沒(méi)有電荷也沒(méi)有能量，但運動(dòng)時(shí)毫無(wú)阻力。此外，他們還觀(guān)察到混合準粒子的成分在石墨烯邊緣的相對側移動(dòng)。

這種獨特的性質(zhì)表明，他們所發(fā)現的準粒子可能是物理學(xué)家幾十年來(lái)一直在追尋的那種準粒子，也就是意大利理論物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納 (Ettore Majorana) 于 1937 年預言的馬約拉納費米子。

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

不過(guò)大家不要高興地太早，任何事物都無(wú)法一蹴而就。根據 de Heer 的說(shuō)法，我們可能還需要 5 到 10 年的時(shí)間才能看到第一個(gè)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(lèi)技術(shù)比以往任何時(shí)候都更接近成熟。