石墨可实现超高速芯片 比硅快百倍

　　据美国马里兰大学研究人员称，石墨晶体管胜过最快的芯片材料，包括锑化铟。

　　石墨烯是由单一层碳原子构成的二维晶体，是一种结合了半导体和金属属性的新材料。与大多数半导体不同的是，研究人员发现石墨烯似乎对温度是相位不变的。一般情况下，速度（即电子迁移率）与温度是成比例的。越冷越好，因为温度越低，热振动（即声子，其能够散射流动电子）越少。

　　据研究人员称，如果芯片制造商选择合适的衬底，纯石墨晶体管似乎能够在室温达到他们最大可能速度。

　　“我们在50K～500K温度下测量石墨烯各单层间的电子迁移率，发现不管温度是多少，电子迁移率都约为15,000 cm2/Vs ，这是不同寻常的，”美国马里兰大学纳米技术和先进材料中心的物理学教授Michael Fuhrer称。

　　硅的电子迁移率约为1,400 cm2/Vs，锑化铟已知的最高电子迁移率约为77,000 cm2/Vs。相比之下，由美国马里兰大学研究人员所测量的石墨烯的热振动是如此微弱，以至于诸如杂质和基底的选择等次级效应比声子的影响要大。

　　Fuhrer说：“我们正在考虑石墨烯中声子的电子散射是非常微弱的，这使得我们将受限于杂质。如果能够去掉这些杂质，我们就能够在室温下实现约200,000 cm2/Vs电子迁移率，这比硅要好100倍。”

　　相较之下，碳纳米管的电子迁移率约为100,000 cm2/Vs，是石墨烯的一半。但是为了由石墨烯制造出的纯碳晶体管能实现最高的迁移速率，研究人员称他们将需要一个基板用于他们目前的测试，而不是普通二氧化硅。候选的材料包括碳化硅和金刚石。

　　同时他们也在考虑完全去掉基板并使用石墨烯晶体管通道下的空气间隙。

　　Fuhrer说：“由于石墨烯本身热振动如此微弱，次级的、鲜为人知的效应似乎占主导地位，基板（对于我们来讲就是二氧化硅）中的声子将电子迁移率限制在约40,000 cm2/Vs。

　　接下来，研究人员将更广泛的尝试将碳化硅预制在晶圆中。该小组同时计划测试金刚石基板沉积的石墨烯。他们也会尝试使用空气间隙，而Fuhrer称这将在商业设备制造中很难实现。