諾貝爾碳芯片技術(shù)：用水蒸氣開啟石墨烯能隙

石墨薄片──也就是石墨烯(graphene)──由于具備比傳統(tǒng)硅芯片高出百萬倍的導(dǎo)電性能，因此是頗具潛力的芯片上互連層(interconnectionlayers)替代材料。但若要用石墨烯制作半導(dǎo)體，需要開啟讓電子跳躍過的能隙(bandgap)，以做為讓數(shù)字計算機運作的開關(guān)。

    美國倫斯勒理工學(xué)院(RensselaerPolytechnicInstitute，RPI)的研究人員表示，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種簡單的方法，能用水來開啟石墨烯的能隙。此外研究人員也證實了可透過控制芯片封裝內(nèi)的濕度，為特定應(yīng)用調(diào)節(jié)石墨烯能隙。

    材料的能隙是指從價帶(valenceband，內(nèi)含電子緊密結(jié)合之原子軌道)底部到導(dǎo)帶(conductionband，內(nèi)有自由電子軌道)頂端的能量差距；在銅線等純導(dǎo)體中，價帶與導(dǎo)帶間并沒有能隙，因此當一個電壓電位(voltagepotential)出現(xiàn)時，所有的電子都是「待價而沽」的。

    至于在純絕緣體中，價帶與導(dǎo)帶之間有非常大的能隙，兩者必須要有超越材料擊穿電壓(breakdownvoltage)才能橋接。而在純導(dǎo)體與純絕緣體之間的半導(dǎo)體，有一種磁阻(reluctance)可讓電子跨越能隙，并能支持讓數(shù)字電子組件運作的開關(guān)機制。

    IBM曾在今年稍早宣布，該公司所研發(fā)的雙閘、雙層(dual-gatebi-layer)石墨烯架構(gòu)，能有效地開啟.13電子伏特(electronvolts，eV)的能隙；倫斯勒理工學(xué)院教授NikhilKoratkar所率領(lǐng)的團隊，則是用簡單的水蒸氣就能開啟.2eV的能隙。

    此外，倫斯勒理工學(xué)院的研究人員也發(fā)現(xiàn)，只要透過控制芯片封裝內(nèi)的濕度，就能在0~.2eV(0是純金屬導(dǎo)體的能隙，.2eV是適用于紅外線探測器的半導(dǎo)體能隙)的范圍內(nèi)，針對不同特定應(yīng)用的需求，任意調(diào)節(jié)石墨烯能隙。

    根據(jù)Koratkar的說法，目前的芯片封裝技術(shù)應(yīng)該可讓芯片廠商在特定的組件或是計算機芯片周圍，制作一個小小的圍場(enclosure)，利用該空間，就能很容易地控制濕度。