长期以来,取之不尽的硅都是半导体产业离不开的基础材料,现在的我们已经根本无法想象没有硅基芯片的生活。在过去的半个世纪中,摩尔定律屡试不爽,引领着半导体产业的飞速发展。但是,半导体行业也要尊重物理定律,即芯片不可能无限地缩小,摩尔定律迟早要被逼到尽头。业内的共识是,当硅基芯片触及10nm以下,就会受到受到材料、器件等的限制,芯片就会出现量子隧穿导致的漏电效应和短沟道效应等问题——换句话说,就是电流的通断不好控制、容易出错,电流控制出错,那还怎么表示0和1? 为了延续和拓展摩尔定律,也为了满足新时代的算力需求,业界开始不断探索新半导体材料的可能性。碳基材料得到关注。所有碳基材料中,石墨烯半导体的研究应用恐怕更值得关注。不久前,天津大学教授马雷团队联合美国佐治亚理工学院教授Walter de Heer团队,宣布研制出全球首个由石墨烯材料制成的功能性半导体。石墨烯作为“神奇材料”为什么适合应用于集成电路产业?这就要从石墨烯的神奇发现说起。2004年,曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子工艺研究所的两组物理团队共同合作,利用胶带”撕开-粘贴-撕开"这种粗糙但有效的方式制备出石墨烯材料,这个发现不仅给两位科学家带来了诺贝尔物理学奖,还打开了材料科学的新方向:二维材料。二维材料石墨烯理论上,如果用石墨烯制作晶体管,可以使电子能够真正在芯片的层次上各行其道而互不干扰。同时,它的散热性能非常优异,从而提升芯片的稳定性和寿命。从制造角度看,也不需要高温高压,更适合柔性、超薄芯片。这也好那也好。又是什么阻碍了石墨烯半导体的应用?那就是石墨烯应用于半导体最致命的缺点,没有“能带间隙”(band gap)。