美研制出能在室温工作的石墨烯变频器

2011-9-08 22:32 来源: 中国科学院
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  美国科学家首次制造出能在室温下工作的石墨烯变频器,克服了用石墨烯制造电子设备时的重要障碍——能带隙。最新研究有望让科学家们用石墨烯制造出数字晶体管,从而大大扩展石墨烯在电子设备领域的应用。

  石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体,只有一层碳原子的厚度,是迄今最薄也最坚硬的材料,其导电、导热性能超强,远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多科学家认为,石墨烯或能取代硅成为未来的电子元件材料,广泛应用于超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域。但石墨烯没有对数字晶体管来说至关重要的能带隙,因此,用其制造数字设备会遇到很多问题。诸如硅等半导体中的电子具有价带和导带两种能级,其间的能隙被称为能带隙。拥有合适的能带隙能使晶体管被打开和关闭,从而使数字电路能用由0和1序列组成的二进制代码来存储信息。

  普渡大学的博士生陈洪彦(音译)与该大学布瑞克纳米技术研究中心主任、电子与计算机工程学教授约尔格·艾彭泽勒领导的研究团队首次制造出了一种能在室温下工作且“块头”更大的石墨烯变频器。此前也有其他科研团队用石墨烯制造出了变频器,但它们只能在77开氏度(零下196摄氏度)下工作。

  变频器是数字晶体管关键的基本元件,它使电子设备中的晶体管能放大信号并控制自己从0变到1。陈洪彦表示:“如果想用石墨烯制造数字设备,这个变频器至关重要,可克服石墨烯没有能带隙这个缺陷。”

  为了制造出电子设备,科学家必须在硅中掺杂杂质以改变其半导体性质,不过,这样的“掺杂”却很难用于石墨烯上。科学家研制出了静电掺杂,让新石墨烯变频器模拟硅变频器的性质,从而解决了这个问题。研究人员诱导静电掺杂穿过金属门(距石墨烯管道40纳米远)之间的电场,通过改变电压改变掺杂情况并测试掺杂程度,从而找到了最有效操作新石墨烯变频器的方法。

  迄今为止,石墨烯晶体管的应用范围一直比较受限,然而,新变频器让科学家们可制造出石墨烯晶体管,大大扩展其在包括计算机和消费电子设备在内的应用。