硅烯被認(rèn)為在未來(lái)電子元器件中的應(yīng)用會(huì)超過(guò)石墨烯。日前，由意大利和美國(guó)科研人員組成的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建出了世界首個(gè)硅烯晶體管。該成果將加快硅烯實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程。

硅烯是一種由單個(gè)原子厚度的硅制成的材料，類似石墨烯，被證明具有超凡的導(dǎo)電性能，但制備過(guò)程極為困難。這種晶體管擁有巨大的潛力，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，硅烯是一種比石墨烯更有趣的材料。7年前，硅烯還只是理論學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)想。受石墨烯熱的驅(qū)動(dòng)，研究人員推測(cè)，硅原子也可能形成類似的表面。而且如果它們可以被用于制作電子產(chǎn)品，硅烯膠片將會(huì)使半導(dǎo)體工業(yè)實(shí)現(xiàn)微型化的終極夢(mèng)想。

目前，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃精煉制作工藝，以期在短期內(nèi)制造出壽命更長(zhǎng)的硅烯晶體管。其中還有很多的困難需要克服，因?yàn)楣柘┰诂F(xiàn)實(shí)世界中使用時(shí)十分不穩(wěn)定，但是科學(xué)家表示：“這是重大的突破，低溫制造技術(shù)和硅烯原件制造還是第一次。”研究人員相信，未來(lái)的電子元器件中硅烯的應(yīng)用會(huì)比石墨烯更容易，畢竟絕大多數(shù)的芯片設(shè)計(jì)都是硅基的。

美國(guó)得克薩斯州立大學(xué)納米材料研究人員、參與制作這個(gè)晶體管的Deji Akinwande說(shuō)，盡管該設(shè)備的性能目前仍比較普通，使用壽命也僅能以分鐘來(lái)計(jì)，但這一理念的證實(shí)已經(jīng)引起高度關(guān)注。法國(guó)馬賽第一大學(xué)材料科學(xué)家Guy Le Lay同意他的說(shuō)法。“沒有人預(yù)料到會(huì)在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)它，畢竟不能用一種全然不存在的材料制造晶體管。”他說(shuō)。

但在實(shí)驗(yàn)室中處理硅烯一直存在巨大挑戰(zhàn)，這種材料不能像石墨烯那樣，形成塊狀石墨，然后用膠帶從固體砌塊上剝下來(lái)。取而代之的是，研究人員通過(guò)讓硅原子熱蒸汽在真空室中濃縮到一塊透明的銀塊上來(lái)獲取它，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。而且不像穩(wěn)健的石墨烯，單獨(dú)的硅烯在空氣中極不穩(wěn)定，很難把輕薄的表層鍍到更加有用的基底上——如晶體管的內(nèi)壁。正因?yàn)槿绱耍钡饺ツ?，一些研究人員還在質(zhì)疑硅烯究竟是否存在。

隨著硅烯晶體管走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，對(duì)石墨烯不適宜用來(lái)制作晶體管的認(rèn)識(shí)也與日俱增。石墨烯或許是世界上導(dǎo)電性能最好的物質(zhì)，但卻缺少一種關(guān)鍵特性。和計(jì)算機(jī)芯片中使用的半導(dǎo)體不同，它缺乏帶隙——電子攜帶電流之前必須躍過(guò)的能量跨欄。帶隙可以讓半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)閉，執(zhí)行“合乎邏輯”的操作。

相較而言，硅烯擁有帶隙。不過(guò)，這種晶體管仍不能在短期內(nèi)應(yīng)用于移動(dòng)手機(jī)：因?yàn)橥饴兜墓柘?分鐘左右就會(huì)退化。然而，這段時(shí)間已足以檢測(cè)其特性。如果在硅烯晶體管上加一層涂層可以延長(zhǎng)其壽命。Akinwande曾用聚四氟乙烯幫助磷烯膠片“生存”了數(shù)月。

然而，并非所有人都對(duì)硅烯的未來(lái)持樂觀態(tài)度。“現(xiàn)在，關(guān)于硅烯、鍺烯、磷烯的討論有很多。但是它們面臨的問(wèn)題相當(dāng)多。”瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Jari Kinaret 說(shuō)，他同時(shí)是歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。