近日，美國加州大學(xué)洛杉磯分校化學(xué)系的段鑲鋒教授和材料系的黃昱教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊通過嵌段共聚物模板法可以簡單地制備出大面積半導(dǎo)體性的介孔石墨稀，并且利用這種材料成功實現(xiàn)了高電流和開關(guān)比的石墨稀器件。研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《自然—納米技術(shù)》上。

    石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的二維晶體，一般厚度方向為單原子層或雙原子層碳原子排列。它是一種穩(wěn)定材料，也是一種禁帶寬度幾乎為零的半金屬材料。它具有比硅高得多的載流子遷移率(200000cm2/Vs)，在室溫下有微米級的平均自由程和很長的相干長度。因此，石墨烯是納米電路的理想材料，也是驗證量子效應(yīng)的理想材料。但是由于完整的石墨稀基本沒有帶隙，極大地限制了它在半導(dǎo)體器件上的應(yīng)用，所以為石墨稀開啟一個帶隙，是一件非常重要的課題。近來，研究表明，一維尺度受限的石墨烯納米帶具有一定的帶隙，可以獲得高性能的晶體場效應(yīng)管，增加芯片速度與效能、降低耗熱量。然而，制備寬度小于10nm的石墨烯納米帶是非常困難的科學(xué)問題。

    加州大學(xué)洛杉磯分校研究團隊通過實驗制做出一種新型的石墨稀納米結(jié)構(gòu)——介孔石墨烯。這一新型結(jié)構(gòu)類似于石墨稀納米帶，有序介孔可以起到限域作用，打開石墨烯的能帶間隙從而使石墨稀由半金屬性轉(zhuǎn)變成半導(dǎo)體性。這種以嵌段共聚物高分子為模板刻蝕得到的介孔石墨烯可以獲得不同的周期，孔間石墨烯的寬度最小可以達到5納米。介孔石墨烯場效應(yīng)晶體管可以通過高于單個石墨烯納米帶器件100倍的電流，而開關(guān)比與單個石墨烯納米帶器件相當(dāng)，并且可以通過控制孔間石墨烯的寬度來控制開關(guān)比。結(jié)合標準的半導(dǎo)體工藝，這種嵌段共聚物模板可以用于大規(guī)模生產(chǎn)以介孔石墨烯為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體集成電路。