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碳納米結(jié)構(gòu)的晶體管:聽起來像是遙不可及的夢想，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，沒有電子狀態(tài)可以存在:它可以被打開和關(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出來了。這些經(jīng)過特殊準(zhǔn)備的分子在真空中被蒸發(fā)掉。經(jīng)過幾個(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條，長度約為一納米，長到50納米。

這些結(jié)構(gòu)只能通過掃描隧道顯微鏡才能看到，現(xiàn)在有一個(gè)相對較大的，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:測量表明，“ON”狀態(tài)(即應(yīng)用電壓)和“關(guān)閉”狀態(tài)(沒有應(yīng)用電壓)之間的電流的差異太小。問題是硅氧化物的電介質(zhì)層，它將半導(dǎo)體層與電開關(guān)的接觸連接起來。為了得到想要的特性，它需要50納米厚，這反過來又影響了電子的行為。

然而，研究人員隨后成功地通過使用氧化物(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)量級的數(shù)量級。

另一個(gè)問題是將石墨烯帶加入到晶體管中。將來，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功能納米晶體管的數(shù)量