“石墨烯之父”找到比石墨烯更好的半導(dǎo)體材料

 近十年來，全世界對石墨烯和二維材料的研究進行了巨大的投入。這些努力沒有白費。近期，一種可應(yīng)用于未來超算設(shè)備的新型半導(dǎo)體材料浮出水面。

這種半導(dǎo)體名為硒化銦(InSe)，它只有幾原子厚，十分接近石墨烯。本月，曼徹斯特大學和諾丁漢大學的研究人員們把這項研究發(fā)表在學術(shù)期刊《Nature Nanotechnology》上。

比石墨烯更好的半導(dǎo)體

石墨烯只有一層原子那么厚，具有無可比擬的導(dǎo)電性。全世界的專家們都在暢想石墨烯在未來電路中的應(yīng)用。

盡管有那么多的超凡屬性，石墨烯卻沒有能隙(energy gap)。不同于普通的半導(dǎo)體，它的化學表現(xiàn)更像是金屬。這使得它在類似于晶體管的應(yīng)用上前景黯淡。

這項新發(fā)現(xiàn)證明，硒化銦晶體可以做得只有幾層原子那么薄。它已表現(xiàn)出大幅優(yōu)于硅的電子屬性。而硅是今天的電子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。

更重要的是，跟石墨烯不同，硒化銦的能隙相當大。這使得它做成的晶體管可以很容易地開啟/關(guān)閉。這一點和硅很像，使硒化銦成為硅的理想替代材料。人們可以用它來制作下一代超高速的電子設(shè)備。

石墨烯之父：它是硅和石墨烯中間的理想材料

當下，科學家們很喜歡把石墨烯和其他優(yōu)秀的材料結(jié)合起來。讓石墨烯的非凡屬性和其他材料的特點進行互補。這往往產(chǎn)生令人興奮的科學發(fā)現(xiàn)，并會以我們想象不到的方式應(yīng)用在實際問題中。

“石墨烯之父”Sir Andre Geim說：

“超薄的硒化銦，是處于硅和石墨烯之間的理想材料。類似于石墨烯，硒化銦具有天然超薄的形態(tài)，使真正納米級的工藝成為可能。又和硅類似，硒化銦是優(yōu)秀的半導(dǎo)體。”

Sir Andre Geim

由于發(fā)現(xiàn)了石墨烯，Sir Andre Geim獲得了諾貝爾物理學獎。他同時也是這項研究的作者之一。他認為，這項硒化銦的發(fā)現(xiàn)會對未來電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大沖擊。

硒化銦是國立石墨烯研究院的最新成果

國立石墨烯研究院

曼徹斯特大學的研究人員們需要克服一項首要問題，才能制作出高質(zhì)量的硒化銦裝置。由于太薄，硒化銦會快速被氧氣和空氣中的水分分解。為避免這種情況，硒化銦裝置必須在氬氣中制作。而這利用了曼大國立石墨烯研究院開發(fā)的技術(shù)。

這使得世界上第一片高質(zhì)量、原子厚度的硒化銦薄膜被生產(chǎn)出來。它在室溫下的電子遷移率達到2000 cm2/Vs，遠遠超過了硅。在更低溫度下，這項指標還會成倍増長。

當前的實驗中，研究者們制作出的硒化銦長寬有幾微米，大約相當于一根頭發(fā)絲的橫截面那么大。研究人員們相信，只要結(jié)合現(xiàn)有的制作大面積石墨烯的技術(shù)，硒化銦的商業(yè)化生產(chǎn)指日可待。

國立石墨烯研究院負責人，同時也是這篇論文作者之一的Vladimir Falko教授說：

“國立石墨烯研究院開發(fā)的技術(shù)，能把材料的原子層進行分離，生產(chǎn)出高質(zhì)量二維晶體。這項技術(shù)為開發(fā)應(yīng)用于光電子學的新材料，提供了廣闊的前景。我們一直在尋找新的層狀材料做試驗。”

超薄硒化銦，是飛速增長的的二維晶體大家族中的一員。這些二維晶體，根據(jù)結(jié)構(gòu)、厚度和化學成分的不同，有許多有用的屬性。對石墨烯和二維材料的研究，溝通了科學和工程技術(shù)。在今天，這是材料科學發(fā)展最快的領(lǐng)域。