碳基二维半导体下料新突破

在看中科院新成果之前，我们先来了解一下碳基二维材料的重要性。

目前，在芯片产业中作为主流的硅基芯片，正一点点走向终点。随着芯片小型化的持续推进，硅基芯片的短板也愈发明显，似乎已经能够看到物理的尽头。为此，业界自然要寻求一种新的替代材料，而最终的接棒者，很有可能便是以石墨烯为代表的碳基二维材料。在今年8月份举行的全球IEEE国际芯片导线技术会议上，确立了石墨烯为下一代新型半导体材料，而碳基芯片则有望成为下一个芯片时代的主流。也就是说，我国通过提前布局碳基芯片，有望在芯片领域实现“换道超车”，扭转我国在半导体产业中被“卡脖子”的境况。石墨烯存在难题在二维材料中，石墨烯的研究最为广泛。这是因为，石墨烯在化学、机械、光、电等方面都有着优越的表现。超高的电子迁移率使石墨烯在电子学产业中的应用，被报以厚望。不过，想要将石墨烯材料带入微电子器件领域并不是那么容易，因为石墨烯自身并不完美，而是有着一大难题——零带隙半导体性质。

石墨烯的带隙为零，这让由石墨烯制成的场效应晶体管的通断，在通过栅极控制时遇到了难题。多年以来，科学家们虽然一直在努力打开石墨烯的带隙，但是，离达到应用的要求还是有很长的距离。显然，零带隙已经成为了挡在石墨烯于电子学器件上应用的最大阻碍。不过，如今中科院成功合成的新型碳基二维半导体材料，则弥补了石墨烯零带隙的这一遗憾，让碳基芯片离应用更近了一步。新型碳基二维半导体材料 

据了解，为了实现这一成果，中科院与华东师范大学的研究人员已经努力了5年之久。最终，研究人员实现了双层C3N在带隙性质、运输性质等方面的突破。2014年，研发团队成功制备出类石墨烯蜂窝状无孔有序结构半导体C3N单层材料；在2016年时，研发团队更进一步做到了AA'及AB'堆垛双层C3N的制备。而在如今，研发团队再次取得新突破，证明了通过控制堆垛方式实现双层C3N从半导体到金属的转变并非没有希望。而且， AB' 堆垛双层 C3N 带隙可以通过施加外部电场进行调制。这一成果，给进一步构建新型全碳微电子器件带来了可能性。这种新的碳基二维半导体材料，有望代替石墨烯接过下一代新型半导体材料的大棒，具有十分重要的意义。

当前，我国在硅基芯片领域的“卡脖子”问题难以解决，想要“弯道超车”十分困难。而为了彻底摆脱国外在这一领域对我国的垄断，“换道超车”被越来越多人关注。为此，中国企业在步履不停地追赶国外半导体巨头的同时，中国科研机构、高校等等则看向了更遥远的下一代新型半导体材料，避免我国重蹈在硅基半导体上的覆辙。也希望，在未来中国芯片能够走到世界的前列，不要再受“卡脖子”之苦。