新方法讓石墨烯與硅基技術“聯姻”

2013-07-15 09:08:26 來源:

據物理學家組織網報道,奧地利、德國和俄羅斯的科學家們合作研發出一種新方法,可以很好地讓“神奇材料”石墨烯同現有占主流的硅基技術“聯姻”,制造出在半導體設備等領域廣泛運用的石墨烯-硅化物。相關研究發表在英國自然集團旗下的《科學報告》雜志上。
    石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,只有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅硬的材料,其導電、導熱性能超強,遠遠超過硅和其他傳統的半導體材料?茖W家們認為,石墨烯有望徹底變革材料科學領域,未來或能取代硅成為電子元件材料,廣泛應用于超級計算機、柔性觸摸屏、環保和醫療設備、光子傳感器以及有機太陽能電池等諸多領域。
    但石墨烯征服硅谷之路面臨的主要障礙是成功地將石墨烯整合到成熟的金屬—硅化物技術內,F在,來自維也納大學、德國和俄羅斯的研究人員成功地構建出一種新奇且高質量的處于一層石墨烯保護和覆蓋下的金屬硅化物結構。
    為了揭示這一新結構的基本屬性,科學家們采用了基于愛因斯坦發現的光電效應而研制的角分辨光電子能譜儀(ARPES)。當一個光粒子同一種材料相互作用時,它能將所有能量傳遞給材料內的一個電子。如果光粒子的能量足夠大,電子獲取的能量就足以讓它從物質中逃逸。ARPES使科學家們能通過確定電子逃離物質的角度,提取這種材料的電子屬性等相關信息。
    該研究的合作者、奧地利維也納大學材料學研究所電子屬性研究中心的亞歷山大·格魯雷斯和尼克雷·沃比提斯基表示:“單原子厚度的石墨烯層以及由其制成的混合材料使我們能借用ARPES研究很多新奇的電子現象。”
    借用ARPES,科學家們發現,這種石墨烯覆蓋的硅化物不會被氧化,所以,其可以用于很多電子材料和設備中。最重要的是,石墨烯層幾乎不同其覆蓋的硅化物發生反應,這就讓其屬性得以保存完好。這種石墨烯-硅化物有望廣泛應用于半導體、自旋電子、光伏以及熱電設備中。
    石墨烯和硅的關系在這里從替代變成了集二者所長的融合,表面上是研究路線的轉變,實際上反映了石墨烯技術難以快速突破的無奈。人們已經對石墨烯材料給予了足夠的熱情和期待,因此,科學家們造出石墨烯—硅化物,最終目的也不是研究新奇的電子現象,而是新電子現象所能帶來的新應用和新突破。當然,如果石墨烯技術能夠通過這種折中辦法成功翻越實用和產業化的高山,則對整個半導體產業來說都將是一大幸事。

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