1994-年，科學家首次模擬的硅二維晶體材料結構

       隨著石墨烯的大熱，另一種類似的納米新型材料也引起了材料學界的極大興趣，這就是硅烯（Silicene）。7年前，硅烯還只是理論學家的一個夢想。受石墨烯的碳原子構成啟發，研究人員推測，硅原子也可能形成類似的表面。而且如果它們可以被用于制作電子產品，硅烯膠片將會使半導體工業實現微型化的終極夢想。
 
       2月6日，這個終極夢想終于跨出第一步，美國得克薩斯州立大學納米材料研究人員創造出了世界上第一個硅烯晶體管，厚度只有一個原子。它的問世將成為未來IT科技的新基石。這種晶體管擁有巨大的潛力，對于計算機科學家硅烯是一種比石墨烯更有趣的材料。
 
       這一發明出乎了許多觀察家的意料，盡管這一原子級晶體管由于其不穩定性，只存在了幾分鐘。研究出硅烯材質晶體管的科學家們在《自然·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。
 
       在實驗室中處理硅烯一直存在巨大挑戰，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。取而代之的是，研究人員通過讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來獲取它，這是一個非常復雜的過程。而且不像穩健的石墨烯，單獨的硅烯在空氣中極不穩定，很難把輕薄的表層鍍到更加有用的基底上——如晶體管的內壁。
 
       為了讓這個納米級別的材料乖乖合作，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構從云母基底上剝落，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，留下兩個金屬“島嶼”作為電極，中間留下一條外露的硅烯帶連接兩個小島。
 
       “這是一項非常巧妙的技術。”研究人員表示，他們打算嘗試用鍺烯—— 一種化學性質非?；钴S的用鍺制成的相似“二維結構”材料——重復這一過程。
 
       盡管技術十分巧妙，但是這種晶體管仍不能在短期內應用于移動手機：因為外露的硅烯2分鐘左右就會退化。然而，這段時間已足以檢測其特性。盡管其電子運動與石墨烯相比較慢，但該設備確實具備一個小帶隙。
 
       如果在硅烯晶體管上加一層涂層也可以延長其壽命。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，保護下面的硅烯使用24小時。更關鍵的是，制作硅烯晶體管的技術可以通過各種方法去嘗試，而且還可以利用各種對空氣敏感的活性材料。“它絕對是游戲改變者。”研究人員說，“這是我們期待的文章。”
 
      盡管他們在技術上已經創建了基于硅烯的晶體管，但是，這個過程能否在商業化應用中大規模使用還不清楚，還有更多的深入研究要做。
 
 

 

責任編輯：溫蕊

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