石墨烯用於集成電路的先期研究_半導體 (#26*) *規劃中

2015-6-10

去年大陸同事跟我開玩笑說，我如果用石墨烯做出碳纖維及半導體，習大大一定會接見我。我倒不是因為我想被表揚，而是認為看到石墨烯的無限可能。其實，我也不是沒有彷徨過，一開始也會擔心石墨烯是否太言過於實，加上這個新材料被石墨烯業者搞臭了，所以在後面找資金的時候非常辛苦。不過，我還是看到了曙光，我跟關心我的朋友說，「關關難過關關過」，每次我要放棄時就傳來捷報，一晃眼就陸續發展出40多款應用產品，算一算也已經涉及 19類了。就剩下我最不熟習的電子、半導體領域，記得前一篇我說過中國石墨烯業界普遍的現象嗎？就是因為我不是技術出身的，我從市場需求開始，用項目經理的角色完成我的使命。

這篇談到 26 類應用技術的第二十五類_集成電路。石墨烯集成電路，指的是由石墨烯圓片製成的集成電路，這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，並且由一些石墨烯場效應晶體管組成。2010年 IBM公司托馬斯·沃森研究中心科學家林育明領導的團隊展示了首塊基於石墨烯的晶體管，其能在 100 GHz的頻率上運行，但這次該團隊將其整合進一塊完整的集成電路中。

但多個科研團隊在研製石墨烯晶體管和接收器中遇到了幾個障礙：首先石墨烯這種纖薄的單原子層薄片很難同製造晶元所用的金屬和合金匹配到一起，在蝕刻過程中石墨烯很容易受損。可以通過在一塊碳化硅晶圓的硅面上種植石墨烯，清除了這些障礙。接著他們將石墨烯包裹進一個聚合物內，進行必須的蝕刻過程，隨後再用一些丙酮將這些聚合物清除，該晶體管門的長度僅為 550納米，整個集成電路僅為一顆鹽粒那麼大。而且這種生產過程也可用於其他類型的石墨烯材料，包括將化學氣相澱積（CVD）石墨烯膜合成在金屬膜之上，也可用於光學光刻以改善成本和產能。但我還是覺得這個工藝太過複雜。

nn再來就是討論能隙的問題，石墨烯導電能力佳，但它缺乏能隙 (band gap)，這意味著石墨烯中沒有「電子態無法存在」的能量範圍，不適合做晶體管的材料，除非找出能創造出人造能隙的方法，譬如施加電場或摻雜原子等。另外，也有研究提到改變石墨烯層數可以改變能隙的大小，其中以單層石墨烯的能隙最大。

這幾天又聽到「量子點」在單層半導體材料的應用，這項信息扭轉了我以往努力進行大面積單層石墨烯的嘗試，相信後面會越來越好玩了。

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