科學家成功於實驗室用石墨烯取代矽，創造一個可運作且可擴展的半導體晶片

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科技產業資訊室 - 茋郁發表於 2024年1月12日

圖、科學家成功於實驗室用石墨烯取代矽，創造一個可運作且可擴展的半導體晶片

科學家首次使用石墨烯成功創造了一種可運作且可擴展的半導體。這項成就將為計算領域的潛在革命打開了大門，並推出了一種新型電腦，與當前的矽晶片技術相比，速度和效率都提高了。

半導體晶片日益成為全球經濟的樞紐，並被稱為科技時代的「新石油」。從數據中心到智慧型手機，經濟的各個部分都需要透過微晶片存取的運算能力。

在喬治亞理工學院的物理學教授Walter de Heer帶領位於喬治亞州亞特蘭大和中國天津的研究團隊生產出一種與傳統微電子加工方法相容的石墨烯半導體。

基本上，石墨烯由單層碳原子組成，其強度超過同等厚度的鋼。它是一種特殊的電導體，具有很高的耐熱性和耐酸性。儘管有這些優勢，石墨烯半導體最大問題在於其無法隨意控制導電或絕緣，這迫使科學家仍在努力開發一種可以控制的石墨烯半導體，以達到為電腦供電的邏輯晶片的關鍵要素。

簡單來說，石墨烯缺乏能隙（Bandgap），畢竟，能隙是半導體中允許受控電子流動的關鍵特徵。在先前的研究中，石墨烯已顯示出作為小規模半導體的前景，但事實證明，將其放大到實際的電腦晶片尺寸仍具挑戰性。

然而，最近喬治亞理工學院 Walter de Heer和他的團隊利用加熱的碳化矽晶片在碳蒸發之前先蒸發矽，成功地製造出了帶隙石墨烯。他們甚至展示了一種功能電晶體，一種充當電流通斷開關的基本元件。這項突破所採用的製程與製造矽晶片所採用的技術有相似之處，使其更易於擴大規模。

畢竟，矽的製造成本低廉，並且擁有龐大的全球製造基礎設施，但如今矽晶片正在達到功能的極限。隨著半導體矽晶片小型化的速度已經放緩，石墨烯半導體的發現將可重振半導體進步的步伐，但仍有障礙需要克服。

英國的Surrey大學表示，這一發展是否意味著世界很快就會從矽晶片轉向石墨烯晶片，目前看起來仍讓它們懷疑，一方面是新研究的石墨烯需要在電晶體尺寸、品質和製造技術方面進行大量改進，另

一方面是由於矽於未來幾年仍具有領先的優勢，所以要達到採用石墨烯晶片來設計出筆記型電腦，這一條路仍還要很久。
不過，如果有一家半導體廠商願意投入大筆資金於這一研究的基礎之上，並進行深度研究才真正能為技術帶來突破。如今就看這一研究會走多遠，且於何時真正進入製造階段而定了。（871字；圖1）

參考資料：
Scientists develop world's first graphene semiconductor in revolutionary computing breakthrough. WION, 2024/01/06.
First functional graphene semiconductor paves the path to post-silicon chips — Georgia Tech researchers' material can be used with standard chipmaking methods. Tom's Hardware, 2024/01/04.

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