擺脫美製裁？陸研發石墨烯半導體 號稱速度比矽快10倍

天津大學研究團隊近日成功在石墨烯中引入了帶隙，創造了一種新型穩定的半導體石墨烯，打開了石墨烯晶片製造領域大門，或成爲中國擺脫美國半導體制裁的突破口。（取自美國喬治亞理工學院Youtube）

天津大學奈米顆粒與奈米系統國際研究中心近日攻克了長期阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技術難題，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創造了一種新型穩定的半導體石墨烯。據稱，其電子遷移率更是矽（Si）的10倍，也代表運算速度更快。有評論說，這打開了石墨烯晶片製造領域大門，或成爲中國擺脫美國半導體制裁的突破口。

綜合天津大學官網消息、陸媒科技日報報導，天津大學奈米中心馬雷教授團隊近日在保證石墨烯優良特性的前提下，成功在石墨烯中引入帶隙（band gap），研究成果論文《碳化矽上生長的超高遷移率半導體外延石墨烯》已在1月3日在線發表於國際期刊《自然》。

據介紹，石墨烯是首個被發現可在室溫下穩定存在的二維材料，未來在微電子學領域有極大的應用前景。不過其獨特的狄拉克錐能帶結構，導致了「零帶隙」的特性，成爲石墨烯在半導體領域應用的阻礙。

天津大學團隊透過對外延石墨烯生長過程的溫度、時間及氣體流量進行嚴格控制，確保了碳原子在碳化矽基板上能形成高度有序的結構，成功地在石墨烯中引入了帶隙，創造了一種新型穩定的半導體石墨烯。

據稱，這種半導體石墨烯的電子遷移率遠超矽材料，表現出了10倍於矽的性能，並且擁有矽材料所不具備的獨特性質。不過距離石墨烯半導體完全量產，估計還要10到15年。

值得一提的是，事實上，期刊內容顯示，這項研究是由天津大學及美國喬治亞理工學院專家組成的國際團隊共同完成。天津大學馬雷教授則強調，研究是以天津大學的團隊爲主導，而網傳由美方主導一說只爲誤傳。

天津大學團隊指出，這項研究實現了三方面技術革新。首先，採用創新的「準平衡退火方法」，製備出超大單層單晶疇半導體外延石墨烯（SEG），其具有生長面積大、均勻性高，製程簡單、成本低廉等優勢，彌補了傳統生產工藝的不足。

第二，該方法制備的半導體石墨烯，擁有約600毫電子伏帶隙以及高達5500公分平方每伏特秒的室溫霍爾遷移率，優於目前所有二維晶體至少一個數量級。這樣的「高遷移率」意味着，單位時間內承載的資訊量越高，電腦運算速率越快，處理資訊的速度更快。

最後，以該半導體外延石墨烯製備的場效電晶體開關比高達10000，基本上滿足了工業化應用需求。

天津大學團隊表示，這樣具有帶隙的半導體石墨烯爲高性能電子裝置帶來了全新的材料選擇，不僅爲超越傳統矽基技術的高性能電子裝置開闢了新道路，也爲整個半導體產業注入了新動力。