1994-年，科学家首次模拟的硅二维晶体材料结构

       随着石墨烯的大热，另一种类似的纳米新型材料也引起了材料学界的极大兴趣，这就是硅烯（Silicene）。7年前，硅烯还只是理论学家的一个梦想。受石墨烯的碳原子构成启发，研究人员推测，硅原子也可能形成类似的表面。而且如果它们可以被用于制作电子产品，硅烯胶片将会使半导体工业实现微型化的终极梦想。
 
       2月6日，这个终极梦想终于跨出第一步，美国得克萨斯州立大学纳米材料研究人员创造出了世界上第一个硅烯晶体管，厚度只有一个原子。它的问世将成为未来IT科技的新基石。这种晶体管拥有巨大的潜力，对于计算机科学家硅烯是一种比石墨烯更有趣的材料。
 
       这一发明出乎了许多观察家的意料，尽管这一原子级晶体管由于其不稳定性，只存在了几分钟。研究出硅烯材质晶体管的科学家们在《自然·纳米科技》杂志上的论文描述了如何研制这种出了名挑剔的材料。
 
       在实验室中处理硅烯一直存在巨大挑战，这种材料不能像石墨烯那样，形成块状石墨然后用胶带从固体砌块上剥下来。取而代之的是，研究人员通过让硅原子热蒸汽在真空室中浓缩到一块透明的银块上来获取它，这是一个非常复杂的过程。而且不像稳健的石墨烯，单独的硅烯在空气中极不稳定，很难把轻薄的表层镀到更加有用的基底上——如晶体管的内壁。
 
       为了让这个纳米级别的材料乖乖合作，研究人员第一次在一层薄银涂层上制作了一个硅烯胶板，并在上面添加了5纳米厚的氧化铝涂层。然后，他们把硅烯的夹心结构从云母基底上剥落，使含银的一面朝上，并把它放在氧化硅基底上。最终，他们轻轻地蚀刻掉一些银，留下两个金属“岛屿”作为电极，中间留下一条外露的硅烯带连接两个小岛。
 
       “这是一项非常巧妙的技术。”研究人员表示，他们打算尝试用锗烯—— 一种化学性质非常活跃的用锗制成的相似“二维结构”材料——重复这一过程。
 
       尽管技术十分巧妙，但是这种晶体管仍不能在短期内应用于移动手机：因为外露的硅烯2分钟左右就会退化。然而，这段时间已足以检测其特性。尽管其电子运动与石墨烯相比较慢，但该设备确实具备一个小带隙。
 
       如果在硅烯晶体管上加一层涂层也可以延长其寿命。Akinwande曾用聚四氟乙烯帮助磷烯胶片——另一种由磷制成的活性二维材料——“生存”了数月。其他研究人员也表示，用多层硅烯可以在牺牲掉表层涂层的同时，保护下面的硅烯使用24小时。更关键的是，制作硅烯晶体管的技术可以通过各种方法去尝试，而且还可以利用各种对空气敏感的活性材料。“它绝对是游戏改变者。”研究人员说，“这是我们期待的文章。”
 
      尽管他们在技术上已经创建了基于硅烯的晶体管，但是，这个过程能否在商业化应用中大规模使用还不清楚，还有更多的深入研究要做。
 
 

 

责任编辑：温蕊

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