2014年03月13日00:48
工作性能超過硅
在開發高品質石墨烯的嘗試中，提高的不只是尺寸。電氣特性也大幅提高。
載流子遷移率方面，吾鄉制造的石墨烯在單結晶內為2萬cm2/Vs，在結晶間為1萬cm2/Vs，都非常高。Ruoff制造的石墨烯最大為3萬cm2/Vs。這些均是室溫下的值。
Ruoff等人2013年在柔性基板上制作了石墨烯晶體管，載流子遷移率為3900cm2/Vs，截止頻率為25GHz，獲得了超越以往CMOS技術的高性能。柔性基板上的電路性能低這種認識今后將不再通用。
不斷嘗試探索
關於石墨烯的另一個課題——沒有帶隙，很多研究人員試著進行了解決。雖然有了幾個“這樣的話就能具備帶隙”的理論，但目前在實現方法上都存在課題。
比如，制成稱為石墨烯納米帶（GNR）的細帶狀的技術。利用該方法的話，帶寬必須縮窄到5nm，否則就無法獲得充分的帶隙。另外，還發現了制成雙層石墨烯加載電壓的方法。不過，雖然理論上可獲得104以上的電流導通/截止比，而實際測量時隻能獲得很低的值。
在石墨烯的研究人員中，有人認為難以為石墨烯打開帶隙，因此針對邏輯IC用晶體管等選擇了CNT。“尤其是在美國，CNT回歸的趨勢很明顯”（某石墨烯研究人員）。
偽帶隙亮相
在這種情況下，產業技術綜合研究所開發出了取代帶隙的技術（圖5）。即向石墨烯晶體管的溝道照射氦離子，制造一定數量的缺陷。這樣，就可以截斷石墨烯上的電子流動，形成稱為“運輸間隙”（Transport Gap）的狀態。加載電壓電子就會流動。
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圖5：照射氦離子為石墨烯形成“帶隙” 本圖是在晶圓上形成石墨烯圖案，並將部分制成半導體型的技術。用氦離子顯微鏡向石墨烯照射氦離子，根據照射強度的不同，或形成半導體型，或形成絕緣體。利用該技術制造的石墨烯晶體管在室溫環境下，電流的導通/截止比實現了約100的開關性能。（圖和照片由產業技術綜合研究所提供） |
這雖然不是本來的帶隙，但效果相同。電流的導通/截止比在室溫下約為100，在-73℃下為2萬5400，作為石墨烯晶體管來說比較高了。另外還具備在石墨烯上形成圖案時可以使用氦離子顯微鏡的優點。
利用雙層石墨烯進行“半金分離”
利用單層CNT分離半導體型和金屬型（半金分離），手性也可以選擇，同樣，石墨烯如果是雙層石墨烯，好像也可以選擇半導體型和金屬型。
日本東北大學電氣通信研究所教授末光真希等人開發出了在硅晶圓上形成雙層石墨烯圖案的同時，可控制半導體型和金屬型的性質的技術。
末光等人以前就一直研究在硅晶圓上形成立方晶（3C-）SiC薄膜，然后進行熱分解形成2∼3層石墨烯的技術。
雙層石墨烯根據上下層的重疊方法的不同，分為有帶隙和沒帶隙的情況（圖6）。利用對硅上的3C-SiC薄膜進行熱分解的方法在硅（111）面上形成的雙層石墨烯為半導體型，在其他硅面上形成的雙層石墨烯為金屬型。末光等人發現，通過硅（100）晶圓表面的蝕刻形成傾斜面的話，傾斜面會變成硅（111）。
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圖6：可形成半導體型和金屬型雙層石墨烯圖案 日本東北大學末光研究室開發的、在硅晶圓上的目標位置分別制作半導體型和金屬型雙層石墨烯的技術。 |
據末光等人介紹，通過使石墨烯在用作布線時保持硅（100）的狀態，用作半導體時將表面變成硅（111），有望使雙層石墨烯形成半導體型和金屬型圖案。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）
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