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碳納米結(jié)構(gòu)的晶體管:聽(tīng)起來(lái)像是遙不可及的夢(mèng)想，但是現(xiàn)在在幾年后可能成為現(xiàn)實(shí)。目前，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)從石墨烯帶中制造出了納米晶體管，它的寬度只有幾個(gè)原子。

圖片所示：在金色的襯底上，微觀的石墨烯帶縱橫交錯(cuò)。

所謂的石墨烯納米帶只有幾個(gè)原子寬，并且具有特殊的電子性質(zhì)，這使它們成為未來(lái)納米電子的候選材料:石墨烯，一個(gè)原子薄、蜂窩狀的碳層，是一種導(dǎo)電材料，它可以成為納米帶的一種半導(dǎo)體。這意味著它有一個(gè)足夠大的能量或帶隙，沒(méi)有電子狀態(tài)可以存在:它可以被打開(kāi)和關(guān)閉——從而可能成為納米晶體管的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。

然而，這些石墨烯帶的原子結(jié)構(gòu)中最小的細(xì)節(jié)，對(duì)能量隙的大小有巨大的影響，因此，納米帶作為晶體管的組成部分非常合適。一方面，這個(gè)間隙取決于石墨烯帶的寬度，而另一方面則取決于邊緣的結(jié)構(gòu)。由于石墨烯由等邊碳六方組成，因此邊界可能有一個(gè)之字形或所謂的扶手椅形，這取決于帶的方向。雖然帶著鋸齒狀邊緣的條帶像金屬一樣運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)它們是導(dǎo)電的，但它們變成了扶手椅邊緣的半導(dǎo)體。

這對(duì)納米帶的生產(chǎn)提出了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn):如果帶子從一層石墨烯上切割或通過(guò)切割碳納米管制成，邊緣可能是不規(guī)則的，因此石墨烯帶可能不會(huì)顯示出所需的電性能。
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創(chuàng)造一個(gè)有9個(gè)原子的半導(dǎo)體

與馬克斯·普朗克研究中心合作的普里卡研究中心和加州大學(xué)伯克利分校的高分子研究實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在成功地將9個(gè)原子的緞帶，從前驅(qū)分子的扶手椅邊緣上長(zhǎng)出來(lái)了。這些經(jīng)過(guò)特殊準(zhǔn)備的分子在真空中被蒸發(fā)掉。經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟，它們就像一塊黃金底座上的拼圖一樣形成了一種納米尺寸的納米長(zhǎng)條，長(zhǎng)度約為一納米，長(zhǎng)到50納米。

這些結(jié)構(gòu)只能通過(guò)掃描隧道顯微鏡才能看到，現(xiàn)在有一個(gè)相對(duì)較大的，最重要的是，精確定義的能量隙。這使研究人員能夠進(jìn)一步將石墨烯帶集成到納米晶體管中。然而，最初的嘗試并不是很成功:測(cè)量表明，“ON”狀態(tài)(即應(yīng)用電壓)和“關(guān)閉”狀態(tài)(沒(méi)有應(yīng)用電壓)之間的電流的差異太小。問(wèn)題是硅氧化物的電介質(zhì)層，它將半導(dǎo)體層與電開(kāi)關(guān)的接觸連接起來(lái)。為了得到想要的特性，它需要50納米厚，這反過(guò)來(lái)又影響了電子的行為。

然而，研究人員隨后成功地通過(guò)使用氧化物(HfO2)取代了氧化硅作為介質(zhì)材料，從而大規(guī)模地減少了這一層。因此，這一層現(xiàn)在只有1.5納米薄，而“on”-電流則是數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí)。

另一個(gè)問(wèn)題是將石墨烯帶加入到晶體管中。將來(lái)，在晶體管的基板上，這些帶應(yīng)該不再是十字交叉，而是沿著晶體管通道排列。這將大大降低目前高水平的無(wú)功能納米晶體管的數(shù)量