百科网

首页 > 文化教育 > 科学探索

科学探索

从半金属到半导体:碳化硅上的外延石墨烯

科学探索万象经验2024-01-27

石墨烯被认为是一种潜在的新型电子材料,可以用来制造更快、更小、更节能的电子器件。但是,石墨烯也有一个很大的缺点,那就是它没有带隙。什么是带隙呢?简单地说,带隙是指一个材料中电子能量的一个禁区,电子不能在这个区域内存在。

如果一个材料有带隙,那么它就可以通过控制电压或电流来调节电子的流动,从而实现开关或逻辑功能。这就是为什么我们常用的半导体材料,比如硅或锗,都有一定的带隙。而石墨烯没有带隙,意味着它不能很好地控制电子的流动,因此很难用它来制造晶体管或其他电子元件。

那么,有没有办法给石墨烯制造一个带隙呢?人们已经尝试了很多方法,比如切割石墨烯成纳米带,或者在石墨烯上添加一些化学物质,但是这些方法都没有取得很好的效果,要么带隙太小,要么迁移率太低。迁移率是指电子在一个材料中的移动速度,它决定了一个材料的电导率和开关速度。一个好的半导体材料应该有一个合适的带隙和一个高的迁移率,这样才能实现高效的电子控制。

最近,一篇发表在《自然》杂志的论文发现了一种新的方法,可以在碳化硅上生长出一种具有带隙和高迁移率的石墨烯,他们称之为半导体外延石墨烯。

碳化硅是一种常用的半导体材料,它可以承受高温和高压,而且具有很好的化学稳定性。如果我们把碳化硅加热到一定的温度,那么表面的硅原子就会蒸发掉,留下一层碳原子,这就是石墨烯。这种方法可以在碳化硅的两个不同的表面上生长出石墨烯,分别是碳端面和硅端面。