半導體超級新星磷烯(Phosphorene)可望商業化應用
科技產業資訊室 (iKnow) - Hana 發表於 2015年8月27日
擁有全球前兩大半導體企業的韓國，為鞏固半導體霸主地位，仍在新興材料與創新技術的研發上不斷投資與精進。隸屬於韓國「未來創造科學部」旗下的基礎科學研究院與知名工科大學研究團隊，日前在知名科學期刊「Science」發表了高性能半導體材料－磷烯的研發結果，研究顯示磷烯的高導電特性不亞於石墨烯，卻又足以克服石墨烯不易控制電流的致命缺點，故被半導體業視為未來的超級明星，若日後能成功商業化，對於LED或電腦晶片製造方面將有革命性的突破。
過去被業界稱為半導體的夢幻材料的石墨烯，因具備比鐵還剛硬、導電速度比銅更快的物理特性，而被視為半導體技術研發瓶頸的突破點。然而成也蕭何敗也蕭何，物質的能隙愈趨近0eV，則其電流的流動速度就越快；石墨烯因沒有能隙（Band Gap）而造成電流傳導速度較快，但卻也因為沒有能隙而導致控制電流的困難度增高，導致商業的應用遲遲無法克服。然而，日前韓國研究團隊發表在「Science」期刊上的磷烯材料卻有可能打破此僵局。
磷烯是一種2D物質、厚度為0.5nm，只有頭髮的十萬分之一，並可依照使用需求，客製化作為導體或絕緣體；再者，石墨烯的導電性比現在普遍使用的矽材料要快上數十甚至數百倍，磷烯同樣具備此特性；但另一方面，石墨烯棘手的能隙問題，磷烯卻能藉由表面吸附鉀原子形成電場後再轉換成能隙，克服過去石墨烯的應用瓶頸。半導體目前普遍使用的矽材料能隙為1.1eV，相較之下，磷烯的能隙則能控制在0～0.6eV之間，因此，當磷烯的能隙控制在0eV時，其物理特性就和石墨烯一樣。簡單的說，磷烯就是可以自由控制能隙大小的石墨烯。
該研究團隊提出的研究結果，讓磷烯可望取代石墨烯，成為半導體產業的當紅炸子雞。韓國「未來科學創造部」亦表示，日後將直接利用磷烯去製造電晶體，若能克服磷烯容易氧化的問題，預計幾年內就可以商業化。有了政府的支持，有助縮短磷烯研發與推廣時程，而在未來成為半導體產業主要材料。倘若成真，屆時韓國的半導體霸主地位恐將更難以動搖。(798字；圖1)
圖一、2D半導體磷烯及其表面上吸附鉀原子的模型圖
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