本月早些時候，亞特蘭大佐治亞理工學院的研究人員在《自然》雜誌上發表了一篇論文。該研究討論了用碳化矽（SiC）生產外延石墨烯的問題。半導體外延石墨烯（SEC）又稱外延石墨烯，其電子遷移率遠高於矽。

這意味著經過10 年的研究，研究人員說他們終於創造了世界上第一個基於石墨烯的功能性半導體。事實證明，這將有助於量子計算和傳統計算，並讓摩爾定律得以延續。

根據佐治亞理工學院物理系教授沃爾特-德-希爾（Walt de Heer）介紹，電子移動速度是傳統矽電晶體的10 倍。這種指數級的提升意味著使用表石墨烯的晶片有可能達到太赫茲範圍的週期。

生產石墨烯的製程已有半個世紀的歷史。首先，在石墨坩堝內堆疊兩塊碳化矽晶片，然後將其放入包裹著銅管的氬氣石英管內。銅線圈中通入高頻電流，透過感應將石墨坩堝加熱到1000°C，持續約一小時。

碳化矽晶片表面的矽蒸發後，被碳取代，形成二維（單原子）石墨烯層。產生的晶片是電荷中性的，因此從管子中取出時，會立即被氧氣摻雜。然後，他們透過在真空中將石墨烯加熱到200°C 來釋放氧摻雜，從而在碳化矽基底上生成表石墨烯。據de Heer 稱，這種工藝的成本相對較低。

這位教授向IEEE Spectrum 解釋說：”我們使用的（碳化矽）晶片成本約為10 美元，坩堝成本約為1 美元，石英管成本約為10 美元。”

自2008 年以來，科學家們透過在真空中加熱碳化矽生產出了半導體石墨烯。然而，它缺乏可測量的帶隙，因此電晶體無法開啟和關閉。De Heer 和他的團隊修改後的方法消除了這個問題。

先前產生帶隙的方法是用石墨烯奈米帶或奈米管對基底進行改質。這些方法都沒有成功，因為它們在基底上沉積石墨烯奈米帶時需要很高的精度。

de Heer 說：”石墨烯奈米帶取得了一些成功，但原則上，這種技術與半導體碳奈米管技術非常相似，而半導體碳奈米管技術在奈米管研究30 年後仍未取得成功。”

研究人員透過使石墨烯變形（起皺）來產生帶隙的方法比較成功。然而，這種方法產生的帶隙只有0.2 電子伏特，de Heer 認為這個帶隙太小，無法實用。相較之下，矽的帶隙為1.12 電子伏特。喬治亞理工學院的方法能產生0.6 電子伏特的帶隙，足以在較低溫度下進行邏輯切換。

de Heer 說：”我們的研究有別於其他方法，因為我們在無缺陷、原子平坦的碳化矽檯面上製備了大面積的半導體SEC。SiC是一種高度發達、隨時可用的電子材料，與傳統的微電子加工方法完全相容。”

雖然科學界已經成功製備出功能強大、移動性高的半導體外延石墨烯，但量子電腦或普通電腦中的SEC 處理器仍是一個遙不可及的設想。德希爾說，首先，它需要進一步研究，以確定它是否比當代量子電腦中使用的超導體更合適。

至於矽計算，研究團隊已經知道SEC 是一種性能優越的半導體，電阻也低得多。因此，可以實現更快的速度和更低的工作溫度。然而，目前還沒有簡單的方法將SEC 整合到傳統的矽電子設備中。要獲得這種材料所能提供的優勢，就必須徹底改變目前的製造模式。

“我把這項工作比作萊特兄弟的首次百米飛行，”de Heer 說。”這將主要取決於開發工作的完成程度”。