加州大学制备出半导体性介孔石墨稀

近日，美国加州大学洛杉矶分校化学系的段镶锋教授和材料系的黄昱教授领导的研究团队通过嵌段共聚物模板法可以简单地制备出大面积半导体性的介孔石墨稀，并且利用这种材料成功实现了高电流和开关比的石墨稀器件。研究结果发表在最新一期的《自然—纳米技术》上。

    石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的二维晶体，一般厚度方向为单原子层或双原子层碳原子排列。它是一种稳定材料，也是一种禁带宽度几乎为零的半金属材料。它具有比硅高得多的载流子迁移率(200000cm2/Vs)，在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度。因此，石墨烯是纳米电路的理想材料，也是验证量子效应的理想材料。但是由于完整的石墨稀基本没有带隙，极大地限制了它在半导体器件上的应用，所以为石墨稀开启一个带隙，是一件非常重要的课题。近来，研究表明，一维尺度受限的石墨烯纳米带具有一定的带隙，可以获得高性能的晶体场效应管，增加芯片速度与效能、降低耗热量。然而，制备宽度小于10nm的石墨烯纳米带是非常困难的科学问题。

    加州大学洛杉矶分校研究团队通过实验制做出一种新型的石墨稀纳米结构——介孔石墨烯。这一新型结构类似于石墨稀纳米带，有序介孔可以起到限域作用，打开石墨烯的能带间隙从而使石墨稀由半金属性转变成半导体性。这种以嵌段共聚物高分子为模板刻蚀得到的介孔石墨烯可以获得不同的周期，孔间石墨烯的宽度最小可以达到5纳米。介孔石墨烯场效应晶体管可以通过高于单个石墨烯纳米带器件100倍的电流，而开关比与单个石墨烯纳米带器件相当，并且可以通过控制孔间石墨烯的宽度来控制开关比。结合标准的半导体工艺，这种嵌段共聚物模板可以用于大规模生产以介孔石墨烯为基础的半导体集成电路。