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石墨烯VS硅:挑戰(zhàn)半導(dǎo)體材料的下一代統(tǒng)治者

發(fā)布時間:2011-09-05 來源:IC購商城

新聞事件:
  • 石墨烯可與金屬納米結(jié)構(gòu)結(jié)合
事件影響:
  • 讓互聯(lián)網(wǎng)的速度提高幾十倍

據(jù)《自然•通訊》雜志報道,石墨烯的研究獲得新進(jìn)展,讓石墨烯與金屬納米結(jié)構(gòu)結(jié)合可將石墨烯的聚光能力提高20倍,改進(jìn)后的石墨烯設(shè)備有望在未來的高速光子通訊中用作光敏器,一舉讓互聯(lián)網(wǎng)的速度提高幾十倍。

現(xiàn)在,很多科學(xué)家都開始認(rèn)為,石墨烯將廣泛應(yīng)用于超級計算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個領(lǐng)域。,從而取代硅成為未來的電子元件材料。


石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,只有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅硬的材料,其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。

科學(xué)家早在1974年就從理論上提出石墨烯可能存在,但在此后很長時間里,制取石墨烯的努力一直沒有成功。2004年,海姆和諾沃肖洛夫用普通膠帶從石墨 上剝離出石墨片,并重復(fù)操作,石墨片越來越薄,最終得到單層石墨片,即石墨烯。2010年,他們因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
   
而近年來,石墨烯的應(yīng)用發(fā)展也很迅猛。

2011年4月份,IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管,該產(chǎn)品每秒能執(zhí)行1550億個循環(huán)操作,比之前的試驗用晶體管快50%。

2011年6月份,據(jù)美國媒體報道,美國華裔科學(xué)家使用納米材料石墨烯最新研制出了一款調(diào)制器。這個只有頭發(fā)絲四百分之一細(xì)的光學(xué)調(diào)制器具備的高速信號傳輸能力,有望將互聯(lián)網(wǎng)速度提高一萬倍,一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待。

但是,其設(shè)備在實用過程中一直遭遇聚光效率低下這一瓶頸,石墨烯只能吸收照射于其上的3%的光線來產(chǎn)生電力,其余光線全成了“漏網(wǎng)之魚”。

現(xiàn)在,科學(xué)家通過將石墨烯和納米金屬結(jié)構(gòu)耦合在一起,并將金屬結(jié)構(gòu)采用特殊的排列方法置于石墨烯上解決了這個問題。這種所謂的等離子體納米結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了能被石墨烯感應(yīng)的光電場,并能有效地將光集中在石墨烯上,將石墨烯的聚光性能提高了20倍,而且其數(shù)據(jù)處理速度沒有受到絲毫影響。

迄今為止,石墨烯的主要研究領(lǐng)域一直集中于基礎(chǔ)物理學(xué)和電子學(xué)。而這項最新的技術(shù)將使得石墨烯在光子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用潛力,可用于制造太陽能電池和光敏器等多種有用設(shè)備。

目前,石墨烯在電子行業(yè)的應(yīng)用中研發(fā)的方向主要有四個領(lǐng)域,包括:
1、石墨烯可替代晶硅應(yīng)用在將芯片領(lǐng)域,將芯片速度提高到THZ級別。  
2、石墨烯制成的鋰離子電池負(fù)極材料能夠大幅提高電池性能。
3、石墨烯制成的超級電容器,充電時間只需1毫秒。
4、石墨烯可以替代ITO作為導(dǎo)電材料制成顯示器件。

可惜的是,就目前看來,石墨烯規(guī)?;?yīng)和需求至少需要8-10年才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因為現(xiàn)在行業(yè)仍在量產(chǎn)摸索階段,也沒有形成下游的應(yīng)用和需求。而且國內(nèi)從事石墨烯研究的機(jī)構(gòu)主要為各大科研院校及一些石墨產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè),只能小量生產(chǎn)石墨烯樣品,并沒有規(guī)?;a(chǎn)的能力。

但是作為新材料的王者,石墨烯無疑對硅構(gòu)成了強(qiáng)烈的威脅。


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