石墨片電子學大突破！
- 上線日期：2010/2/26 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
IBM的科學人員首次成功地於室溫下為石墨片(graphene)開啟了大能隙。石墨片自2004年問世以來，絕佳的電性讓它被看好是製作奈米電子元件的材料，然而其零能隙(zero bandgap)的特性限制了它在數位電子上的發展。IBM的這項研究成果，對於石墨片未來在邏輯電路及光學元件等數位電子的應用上，是一項關鍵性的突破。
石墨片係僅單原子厚的二維平面碳材料，是已知的最薄材料，由於具有絕佳的電性，非常適合用來製作奈米電子元件。然而，石墨片為一零能隙材料，無法明顯區分電流開關，限制了它在數位電子上的發展。目前石墨元件的開關電流比值只有5左右，距離實際應用的門檻值仍有一段落差。
近年來，科學家轉而研究雙層石墨片(bilayer graphene)，因為這種系統在外加垂直電場下會出現能隙。不過，到目前為止，科學家並未能在室溫下成功開啟大的能隙，高電流開關比只能在非常低溫下達成。最近，IBM TJ Watson研究中心的Phaedon Avouris等人利用電場使一雙層石墨片場效電晶體(FET)出現寬達120 meV的能隙，並獲得室溫下高達100的開關電流比。此雙層電晶體係將AB堆疊的雙層石墨片置入雙閘場效電晶體而構成。
Avouris表示，關鍵在於元件創新的閘極介電質堆疊，它是先在石墨片上製作一層聚合物薄膜，再以沉積一層高介電常數的二氧化鉿(HfO2)。閘極堆疊中的聚合物種子層(seed layer)可以提高開關電流比值，原因是隔開了氧化物介電質與石墨片，因而能降低了氧化物介電質中帶電雜質對於石墨片電荷載子的散射。此外，此閘極堆疊與雙閘結構可以提供產生大能隙所需的電場。
該團隊目前計畫進一步改良元件結構，譬如將絕緣層縮小並提升品質，可以得到更大的電場，提高石墨片的純度也可以獲得更高的電流比。同時，他們也會持續開拓其應用領域。詳見Nano Lett. 10, pp 715–718 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41538
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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