石墨烯，一種被譽(yù)為“新材料之王”的二維晶體，以其超薄、超輕、超強(qiáng)的特性贏得了科研領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，由于被過度炒作以至于被濫用在電暖氣、化妝品，甚至內(nèi)衣之類的產(chǎn)品中，石墨烯的名聲一度大受影響。公眾甚至將石墨烯類比成曾經(jīng)的納米水、光催化和負(fù)氧離子空氣凈化器，認(rèn)為其產(chǎn)品全是“忽悠人的”。在大眾的心目中，石墨烯幾乎被營銷“玩壞了”。

石墨烯的過度營銷

兩年前，中國科學(xué)院院士劉忠范曾表示，“后摩爾時(shí)代，放過石墨烯吧?！钡拇_，在過去的一段時(shí)間里，石墨烯幾乎成為各種概念的代表，被冠以各種神奇的屬性，有時(shí)甚至超越了其真實(shí)的科學(xué)價(jià)值。

更為關(guān)鍵的問題是，直到最近，石墨烯一直沒有解決的“帶隙”問題。帶隙是半導(dǎo)體材料中的一個(gè)關(guān)鍵概念，而石墨烯之前的帶隙為零，即沒有，使其成為導(dǎo)體而非半導(dǎo)體。這個(gè)難題困擾了科學(xué)家們幾十年，阻礙了石墨烯在電子領(lǐng)域的應(yīng)用。

石墨烯半導(dǎo)體的突破之路

然而，最新的研究給我們帶來了一線希望。來自佐治亞理工學(xué)院和天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了世界上第一個(gè)由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體。他們通過在碳化硅晶圓上生長石墨烯，成功解決了石墨烯沒有帶隙的問題。這個(gè)突破性的發(fā)現(xiàn)讓石墨烯具備了半導(dǎo)體的特性，為其在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打開了新的大門。

石墨烯是一種單層石墨，由碳原子以六角形蜂巢晶格排列而成。它的特性超薄、超輕、超強(qiáng)，擁有高電荷載流子遷移率、雙極場效應(yīng)以及優(yōu)異的電學(xué)和機(jī)械性能。在過去的研究中，科學(xué)家們一直試圖克服石墨烯的“帶隙”問題，以使其在半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)揮作用。

在過去的研究中，科學(xué)家們曾嘗試通過改變石墨烯的形狀、量子約束和化學(xué)功能化等方法來引入帶隙，但都未能成功制造出可行的半導(dǎo)體石墨烯。這次的突破來自于在特定碳化硅晶面上對石墨烯進(jìn)行退火的方法，使其能夠像硅一樣工作。這一關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)為石墨烯在電子領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了巨大的希望。

挑戰(zhàn)與前景：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模應(yīng)用

盡管成功解決了帶隙問題，但要讓石墨烯半導(dǎo)體真正應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)，仍然面臨挑戰(zhàn)。首先，大規(guī)模生產(chǎn)仍是一個(gè)問題。然而，研究團(tuán)隊(duì)采用在碳化硅襯底上生長石墨烯的方法，省去了石墨烯轉(zhuǎn)移步驟，使其更容易與現(xiàn)有硅工藝兼容，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用鋪平了道路。

然而，要實(shí)現(xiàn)石墨烯半導(dǎo)體的大規(guī)模應(yīng)用，仍有諸多挑戰(zhàn)需要克服。首先，石墨烯的制備成本高，規(guī)?；a(chǎn)面臨困難。其次，作為二維平面材料，石墨烯受到量子效應(yīng)的影響，需要深入研究其導(dǎo)電性。最后，石墨烯的一致性、穩(wěn)定性和質(zhì)量問題仍然需要解決，以確保其在產(chǎn)業(yè)中的可行性和競爭力。

結(jié)語

“石墨烯是過度炒作的受害者”，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈·蓋姆這樣形容。然而，現(xiàn)在隨著一項(xiàng)重大的突破，石墨烯半導(dǎo)體才剛剛開始展現(xiàn)其潛力。這一突破讓我們有理由重新審視這個(gè)被過度炒作的新材料，一種可能將在集成電路、場效應(yīng)晶體管、大功率LED散熱、可穿戴電子器件、石墨烯化學(xué)傳感器等領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱的新材料。當(dāng)然并不是說就此大規(guī)模投資石墨烯，而是更好地理解石墨烯的價(jià)值，找到其真正的應(yīng)用突破口。在前面的路上，石墨烯有望像碳化硅和氮化鎵一樣，為半導(dǎo)體制造及其下游產(chǎn)品提供更多選擇，貢獻(xiàn)自己獨(dú)特的力量。

來源：百家號(hào)|漣漪雜談