石墨烯用於射頻器件的先期研究_光電 (#25*) *規劃中

2015-6-10

最近大陸同事跟我聊天后，我才領悟中國石墨烯產業化為何至今仍未順利開展，各位觀察目前在檯面上的幾家石墨烯公司有幾個特點，第一，多半是某家集團透過取得中科院或科研機構的專利而成立﹔第二，除了CVD製程就是氧化還原製程。我們再往裡面深究其中的道理，這些科研人才當初是從某個領域出發，為了解決材料來源而一頭栽進石墨烯製備，當然他們原來不是學習碳材料的，所以透過過去文獻及專利來改良才找到更好的方式。不過，問題出現了，他們過去一直待在同一個領域，譬如寧波材料所的電池技術，當然對於其他應用技術的機理無法深刻掌握。這是我發現除了石墨烯材料不對以外，思維不對也是造成石墨烯產業化無法推廣的兩大主因。

這篇談到26類應用技術的第二十四類_RF器件。一般來說晶體管有三極，即所謂的源極 (source)、汲極 (drain)與門極 (gate)。當給定閘極一個電壓時，源極與汲極間就可能有電流，反之，當閘沒有電壓時，源極與汲極間便沒有電流。石墨烯具有高載流子遷移率、高飽和速度、高臨界電流密度，加上單原子厚度的石墨烯具有作為超高速電子晶體管的潛力 (即太赫茲)。

普通場效晶體管是透過控制反型層的溝通寬度來控制電流大小，而石墨烯晶體管可直接用門電壓控制主要載流子的類型和濃度，這與擁有狄拉克點有關。所以石墨烯晶體管是單層的，不需要 p型或 n型的溝道與不同型的襯底。因為石墨烯雖然沒有能隙，但還是有放大功能。IBM在 2010年展示由石墨烯材料製成的場效晶體管 (FET)，其截止頻率可達 100 GHz (目前CVD已大於 400 GHz)。更在 2014年採用 3個晶體管、4個電感器、2個電容器和 2個電阻組成石墨烯射頻接收器，它的效能比以往石墨烯整合電路好 1000倍，達到媲美硅技術的現代無線通信技術。

這幾天我開創的石墨烯應用技術微信群里，有博士班同學告知「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，這更表示CVD的製程應用已經又被局限了，過去我已經完成透明導電膜的開發技術，如果這項「量子點」技術也能突破，那整個產業就完全被顛覆了。
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