1月4日消息，有媒體報道稱有研究團隊創造了世界上第一個由石墨烯制成的功能半導體（Functional Graphene Semiconductor）。

目前與該研究相關的論文《Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide》（《碳化硅上的超高遷移率半導體外延石墨烯》）已經成功發表在了《自然》雜志上，論文的共同第一作者趙健、紀佩璇、李雅奇、李睿四人以及其余多位署名作者主要來自中國天津大學研究團隊，同時也有美國佐治亞理工學院教授沃爾特·德赫爾(Walter de Heer)帶領的研究人員。

據了解，這項石墨烯半導體的研究是由天津大學團隊作為主導完成的。該團隊指導教師天津大學講席教授、天津納米顆粒與納米系統國際研究中心執行主任馬雷接受第一財經采訪時表示，該研究以天津大學團隊承擔了主要的研究和攻關工作，并非網傳由外國高校主導，文章的署名作者之一的沃爾特·德赫爾則是提點了研究方向。

石墨烯是什么

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，因其具有超薄（1毫米厚的鱗片石墨=300萬片石墨烯）、超輕（動物毛發可以支撐起紅棗大小的石墨烯氣凝膠）、超強（完美石墨烯膜制作成保鮮膜蓋在杯子上坐一頭大象才能讓其破裂）等性能，被稱為“新材料之王”。

理論上看來，石墨烯是制備未來傳輸速度更快、體積更小、更節能的電子元件的理想材料，而且另一大優勢是制備石墨烯的原料理論上可以無限供應。

但是，石墨烯沒有合適的帶隙，無法以正確的比率打開和關閉，導致不能在半導體領域直接應用，這也是石墨烯電子學中長期存在的問題。多年來，許多研究者嘗試用各種方法來打開石墨烯的“帶隙”，但是都未能制備出可行的基于石墨烯的功能半導體，會很大程度上損失材料的本征特性。

在行業內，石墨烯分為兩種，一個叫石墨烯粉，一個叫石墨烯薄膜。石墨烯粉在我們圈里叫男石墨烯，石墨烯薄膜叫女石墨烯。男石墨烯比較糙，石墨烯薄膜能看透，但也看不明白，又精致，號稱女石墨烯。不管是石墨烯粉底和石墨烯薄膜，它在下游的產業中，有它龐大的或者廣泛的應用場景。

對于粉體而言，在復合材料的應用里面，在靜電屏蔽這種塑料里面，靜電屏蔽的應用里面，以及在儲能電池里面的電極材料，以及導電劑的種種方面里面，還是淡化節能環保的產業里面，都有它一個深遠的廣泛應用。比如說科研上、甚至產業化上，都有這個應用。

對于石墨烯薄膜在晶體管、器件、集成電路相關的應用的科學研究，也是日益增長，涌現了非常多的這個科研成果。在產業化之路也在之上行走。

直到今天，這個問題才得以突破。天津大學的研究團隊通過在碳化硅晶圓上外延石墨烯，即在碳化硅晶圓上生長單層石墨烯，使其與碳化硅發生化學鍵合，從而得到了半導體特性。

該團隊表示，他們證明了單晶碳化硅襯底上的半導體外延石墨烯（Semiconducting Epigraphene，SEG）具有0.6 eV的帶隙和5500 c㎡/V·S的室溫電子遷移率（摘要中標注的是超過5000c㎡/V·S，2023年2月第一版論文則是4000 c㎡/V·S），比硅高出3倍，比其它二維半導體高20倍。

注釋：外延石墨烯（Epigraphene）指的是在碳化硅晶體上自發形成的石墨烯，當硅在高溫下從表面升華時導致富碳表面重結晶成石墨烯。

不過該項研究距離工業化落地還尚遠。“我估計還要10到15年，才能真正能看到石墨烯半導體完全落地。”團隊指導教師馬雷指出，研究團隊正在努力嘗試讓石墨烯半導體材料長在更大尺寸的碳化硅襯底上。

審核編輯：劉清