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“石墨烯之父”又发现超级材料!半导体的未来将是它?
李明 2016-11-29
导语

曼大研究人员本月宣布,已成功制成只有几原子厚的硒化铟材料。它拥有比石墨烯更好的半导体属性,是未来替代硅制作电子芯片的理想材料。

图:曼彻斯特大学等发现新型半导体材料硒化铟(Indium Selinide,InSe)

近十年来,全世界对石墨烯和二维材料的研究进行了巨大的投入。这些努力没有白费。近期,一种可应用于未来超算设备的新型半导体材料浮出水面。这种半导体名为硒化铟 (InSe),它只有几原子厚,十分接近石墨烯。本月,曼彻斯特大学和诺丁汉大学的研究人员们把这项研究发表在学术期刊 《Nature Nanotechnology》上。

比石墨烯更好的半导体

石墨烯只有一层原子那么厚,具有无可比拟的导电性。全世界的专家们都在畅想石墨烯在未来电路中的应用。

尽管有那么多的超凡属性,石墨烯却没有能隙。不同于普通的半导体,它的化学表现更像是金属。这使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。

这项新发现证明,硒化铟晶体可以做得只有几层原子那么薄。它已表现出大幅优于硅的电子属性。而硅是今天的电子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。

更重要的是,跟石墨烯不同,硒化铟的能隙相当大。这使得它做成的晶体管可以很容易地开启/关闭。这一点和硅很像,使硒化铟成为硅的理想替代材料。人们可以用它来制作下一代超高速的电子设备。

石墨烯之父:它是硅和石墨烯中间的理想材料

当下,科学家们很喜欢把石墨烯和其他优秀的材料结合起来。让石墨烯的非凡属性和其他材料的特点进行互补。这往往产生令人兴奋的科学发现,并会以我们想象不到的方式应用在实际问题中。


“石墨烯之父 ”Sir Andre Geim说:“超薄的硒化铟,是处于硅和石墨烯之间的理想材料。类似于石墨烯,硒化铟具有天然超薄的形态,使真正纳米级的工艺成为可能。又和硅类似,硒化铟是优秀的半导体。

由于发现了石墨烯,Sir Andre Geim获得了诺贝尔物理学奖。他同时也是这项研究的作者之一。他认为,这项硒化铟的发现会对未来电子产业产生巨大冲击。

曼彻斯特大学的研究人员们需要克服一项首要问题,才能制作出高质量的硒化铟装置。由于太薄,硒化铟会快速被氧气和空气中的水分分解。为避免这种情况,硒化铟装置必须在氩气中制作。而这利用了曼大国立石墨烯研究院开发的技术。

这使得世界上第一片高质量、原子厚度的硒化铟薄膜被生产出来。它在室温下的电子迁移率达到 2,000 cm2/Vs,远远超过了硅。在更低温度下,这项指标还会成倍増长。

当前的实验中,研究者们制作出的硒化铟长宽有几微米,大约相当于一根头发丝的横截面那么大。研究人员们相信,只要结合现有的制作大面积石墨烯的技术,硒化铟的商业化生产指日可待。

国立石墨烯研究院负责人,同时也是这篇论文作者之一的Vladimir Falko教授说:“国立石墨烯研究院开发的技术,能把材料的原子层进行分离,生产出高质量二维晶体。这项技术为开发应用于光电子学的新材料,提供了广阔的前景。我们一直在寻找新的层状材料做试验。”

超薄硒化铟,是飞速增长的的二维晶体大家族中的一员。这些二维晶体,根据结构、厚度和化学成分的不同,有许多有用的属性。对石墨烯和二维材料的研究,沟通了科学和工程技术。在今天,这是材料科学发展最快的领域。

文章链接:

Denis A. Bandurin, et al, "High electron mobility, quantum Hall effect and anomalous optical response in atomically thin InSe," Nature Nanotechnology (2016) doi:10.1038/nnano.2016.242

新闻链接:

NEW ULTRA-THIN SEMICONDUCTOR COULD EXTEND LIFE OF MOORE'S LAW

(本文来源:雷锋网;)

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柏岩[北京航空航天大学]

新材料

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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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