雖然石墨烯有望提高電子產品的效率和性能，但材料仿制品阻止了任何人將其潛力轉化為功能性半導體——直到現在。在佐治亞理工學院的突破性研究中，科學家們創造了世界上第一個成功的石墨烯半導體。

　　石墨烯：一種半金屬

　　石墨烯長期以來被認為是一種具有卓越電性能的材料，包括高電子遷移率、優異的導熱性和卓越的機械強度。其碳原子排列成二維蜂窩晶格的單層結構使電子能夠以最小的阻力穿過它，使其成為已知最具導電性的材料之一。

　　然而，盡管其潛力巨大，但其他物理限制阻礙了其在傳統半導體應用中的使用。

　　在其固有狀態下，石墨烯被歸類為半金屬，這意味著它自然不會表現得像半導體或金屬。為了使材料在晶體管等電子設備中有效發揮作用，它需要一個帶隙，以便材料可以通過電場“打開”和“關閉”。這一原理支撐著硅基電子器件的功能。因此，利用石墨烯進行電子應用的主要挑戰是在不損害其固有特性的情況下誘導這種類似于硅的可切換特性。

　　佐治亞理工學院的石墨烯研究

　　最近，佐治亞理工學院的一個研究團隊聲稱創造出了世界上第一個基于石墨烯的半導體器件。

　　研究人員成功證明，特定碳化硅晶面上退火良好的表觀石墨烯可以作為高遷移率的二維半導體。具體來說，該團隊在單晶碳化硅襯底上開發了半導體表觀石墨烯 (SEG)，其帶隙為 0.6 eV，室溫遷移率超過 5000 cm2/Vs，明顯高于硅和其他二維半導體。

　　SEG 的生產涉及限制控制升華 (CCS) 爐，其中半絕緣 SIC 芯片在氬氣氣氛下在石墨坩堝中退火。石墨烯形成的溫度和速率受到精確控制，其中硅從坩堝中的逃逸速率起著關鍵作用。

　　為了表征 SEG，該團隊使用了掃描隧道顯微鏡 (STM)、掃描電子顯微鏡 (SEM)、低能電子衍射 (LEED) 和拉曼光譜。這些方法允許在多個尺度上對 SEG 進行詳細檢查，將其與裸 SiC 和石墨烯區分開來，并確認其與 SiC 基底的原子配準。

　　半導體表觀石墨烯的潛力

　　研究小組強調了SEG在納米電子學領域的潛力。

　　作為一種結晶良好的二維半導體，具有顯著的帶隙和高遷移率，SEG 代表了該行業在實現石墨烯等材料的電氣優勢方面向前邁出了一大步。未來的工作將集中于可靠地生產具有合適電介質的大型平臺、管理肖特基勢壘以及開發集成電路方案。最終，研究團隊相信 SEG 具有商業可行性的潛力，并對 2D 納米電子學產生切實的影響。