1994-年，科學(xué)家首次模擬的硅二維晶體材料結(jié)構(gòu)

       隨著石墨烯的大熱，另一種類(lèi)似的納米新型材料也引起了材料學(xué)界的極大興趣，這就是硅烯（Silicene）。7年前，硅烯還只是理論學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)想。受石墨烯的碳原子構(gòu)成啟發(fā)，研究人員推測(cè)，硅原子也可能形成類(lèi)似的表面。而且如果它們可以被用于制作電子產(chǎn)品，硅烯膠片將會(huì)使半導(dǎo)體工業(yè)實(shí)現(xiàn)微型化的終極夢(mèng)想。
 
       2月6日，這個(gè)終極夢(mèng)想終于跨出第一步，美國(guó)得克薩斯州立大學(xué)納米材料研究人員創(chuàng)造出了世界上第一個(gè)硅烯晶體管，厚度只有一個(gè)原子。它的問(wèn)世將成為未來(lái)IT科技的新基石。這種晶體管擁有巨大的潛力，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)家硅烯是一種比石墨烯更有趣的材料。
 
       這一發(fā)明出乎了許多觀察家的意料，盡管這一原子級(jí)晶體管由于其不穩(wěn)定性，只存在了幾分鐘。研究出硅烯材質(zhì)晶體管的科學(xué)家們?cè)凇蹲匀?middot;納米科技》雜志上的論文描述了如何研制這種出了名挑剔的材料。
 
       在實(shí)驗(yàn)室中處理硅烯一直存在巨大挑戰(zhàn)，這種材料不能像石墨烯那樣，形成塊狀石墨然后用膠帶從固體砌塊上剝下來(lái)。取而代之的是，研究人員通過(guò)讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來(lái)獲取它，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。而且不像穩(wěn)健的石墨烯，單獨(dú)的硅烯在空氣中極不穩(wěn)定，很難把輕薄的表層鍍到更加有用的基底上——如晶體管的內(nèi)壁。
 
       為了讓這個(gè)納米級(jí)別的材料乖乖合作，研究人員第一次在一層薄銀涂層上制作了一個(gè)硅烯膠板，并在上面添加了5納米厚的氧化鋁涂層。然后，他們把硅烯的夾心結(jié)構(gòu)從云母基底上剝落，使含銀的一面朝上，并把它放在氧化硅基底上。最終，他們輕輕地蝕刻掉一些銀，留下兩個(gè)金屬“島嶼”作為電極，中間留下一條外露的硅烯帶連接兩個(gè)小島。
 
       “這是一項(xiàng)非常巧妙的技術(shù)。”研究人員表示，他們打算嘗試用鍺烯—— 一種化學(xué)性質(zhì)非常活躍的用鍺制成的相似“二維結(jié)構(gòu)”材料——重復(fù)這一過(guò)程。
 
       盡管技術(shù)十分巧妙，但是這種晶體管仍不能在短期內(nèi)應(yīng)用于移動(dòng)手機(jī)：因?yàn)橥饴兜墓柘?分鐘左右就會(huì)退化。然而，這段時(shí)間已足以檢測(cè)其特性。盡管其電子運(yùn)動(dòng)與石墨烯相比較慢，但該設(shè)備確實(shí)具備一個(gè)小帶隙。
 
       如果在硅烯晶體管上加一層涂層也可以延長(zhǎng)其壽命。Akinwande曾用聚四氟乙烯幫助磷烯膠片——另一種由磷制成的活性二維材料——“生存”了數(shù)月。其他研究人員也表示，用多層硅烯可以在犧牲掉表層涂層的同時(shí)，保護(hù)下面的硅烯使用24小時(shí)。更關(guān)鍵的是，制作硅烯晶體管的技術(shù)可以通過(guò)各種方法去嘗試，而且還可以利用各種對(duì)空氣敏感的活性材料。“它絕對(duì)是游戲改變者。”研究人員說(shuō)，“這是我們期待的文章。”
 
      盡管他們?cè)诩夹g(shù)上已經(jīng)創(chuàng)建了基于硅烯的晶體管，但是，這個(gè)過(guò)程能否在商業(yè)化應(yīng)用中大規(guī)模使用還不清楚，還有更多的深入研究要做。
 
 

 

責(zé)任編輯：溫蕊

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