Only Perception: 以石墨薄片創造世上最小的電晶體

2008-04-19

以石墨薄片創造世上最小的電晶體

Graphene used to create world's smallest transistor
http://www.physorg.com/news127659264.html

April 17, 2008

研究者利用世上最薄的材料創造出世上最小的電晶體：1 個原子厚，10 個原子寬。

來自於 Manchester 大學物理與天文學系的 Dr Kostya Novoselov 及 Andre Geim 教授在最新一期 Science 上報告他們的發現，證明石墨薄片（graphene，石墨烯）能被雕刻成具有個別電晶體的微小電路，其尺寸沒有比一個分子大上多少。

它們的電晶體尺寸愈小，它們的效能愈棒，Manchester 的研究者說。

近幾十年來，製造商將愈來愈多元件塞入積體電路。結果，電晶體的數量以及這些電路的威力大約每二年（譯註：精確一點是 18 個月）就會倍增。這就是所謂的摩爾定律（Moore's Law）。

但是，根據半導體產業的路線圖，塞進去的速度現已明顯降低，而未來電子學的微型化將在下個 10 到 20 年內經歷其最根本的挑戰。

問題的核心在於，若材料在尺寸小於 10 奈米的元素中成形，穩定度會很貧乏。在這種空間尺度下，所有的半導體 -- 包括矽 -- 會氧化、分解以及不受控制地沿著表面遷移，如同水滴在熱板子上一樣。

四年前，Geim 等人發現了石墨薄片，第一種已知只有一個原子厚的材料，那可視為從石墨扯出的原子平面。石墨薄片在物理與材料科學中迅速成為最熱門的主題。

現在，Manchester 團隊證明，有可能從單一一片石墨薄片結晶刻畫出奈米尺度的電晶體。不同於其他所有已知材料，石墨薄片依然具備高度地穩定性與導電性 -- 甚至當它被切成 1 奈米寬的裝置時亦然。

石墨薄片電晶體開始在低於 10 奈米的尺度下 -- 矽技術被預測會失效的微型化極限 -- 展現出優勢與良好性能。

"先前，研究者嘗試把大分子作為個別電晶體使用以創造出新類型的電路。那有點像化學加上電腦工程，" Novoselov 說。"現在能考慮基於相同材料（石墨薄片），將設計師分子（designer molecules），其作用如同電晶體，連結到設計師電腦結構，並使用當前半導體產業所使用的相同組裝方式。"

"要承諾石墨薄片超級電腦仍太早了，" Geim 補充道。"在我們的研究裡，當我們製造這麼小的電晶體時，依賴的是運氣。不幸的是，現行技術並不允許以真正的奈米精確度切割材料。不過這正是所有後-矽電子學得將面對的相同挑戰。至少我們有一種材料，能夠符合這樣的挑戰。"

"石墨薄片是種相當刺激的新材料，具有不尋常的特性使奈米電子學大有可為，" 哈佛大學教授 Bob Westervelt 評論道。"未來應當十分有趣。"

※ 操控原子已經愈來愈容易了。

＊ Chaotic Dirac Billiard in Graphene Quantum Dots
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/320/5874/356

L. A. Ponomarenko, F. Schedin, M. I. Katsnelson, R. Yang,
E. W. Hill, K. S. Novoselov, A. K. Geim
Science 18 April 2008: Vol. 320. no. 5874, pp. 356 - 358
DOI: 10.1126/science.1154663

＊ APPLIED PHYSICS: Graphene Nanoelectronics