石墨烯在晶体管领域的应用

石墨烯在晶体管领域的应用

摘要:石墨烯自从2004年第一次通过微机械剥离的方法成功制备以后,便吸引了大批科研工作者的兴趣。作为严格的二维晶体,单层石墨烯呈现出了丰富的物理特性和巨大的潜在应用价值。它已经成为材料科学和凝聚态物理领域里一颗迅速升起的明星。本文简要介绍了石墨烯晶体管器件的研究进展,分析了各种石墨烯的制备方法,并重点提出杭州驰飞超声波设备有限公司(以下简称“驰飞超声波”)研制的超声波纳米制备装置石墨烯的优势。

关键词:驰飞超声波;超声波纳米制备装置;石墨烯;晶体管

      在石墨烯被制备出来之前,人们就已经在关注它可能具备的许多电学等性质,由于石墨烯的能带与电子结构与它的层数和剪裁形状密切相关,更加赋予石墨烯更多的新奇特性。利用石墨烯来制备弹道输运晶体管吸引了大批科学家的兴趣,科学家在成功制备石墨烯后就首先利用它的特殊结构来研究它的场效应特性。他们的研究表明石墨烯可能是制备金属晶体管的最好材料,受缺陷散射的影响,电子迁移率在3000~10000cm2/(V·S)之间,如果石墨烯层数较多,其电子迁移率在室温下可以高达15000cm2/(V·s)。2008年研究人员利用单原子层构成的石墨烯开发出了世界最小晶体管的研究结果,该晶体管仅1个原子厚l0个原子宽,此项研究工作表明,石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管,而且晶体管的尺寸越小,其性能越好。

      经研究发现,合成石墨烯的方法已有很多,例如微机械剥离、化学气相沉积、氧化还原,以及最新溶剂剥离和溶剂热法,其中氧化还原法以其低廉的成本且容易实现规模化的优势成为制备石墨烯的最佳方法,而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液,解决了石墨烯不易分散的问题,但是经过氧化的石墨烯在还原剂的作用下不能完全还原为石墨烯,造成合成石墨烯的物理和化学特性受到影响,降低石墨烯的导电能力。

      驰飞超声波提出在石墨烯的制备中采用超声波技术,研发超声波纳米制备装置,其中,利用超声波的剪切破碎机理对石墨进行剥离,并控制石墨烯颗粒的尺寸和形状。超声波纳米制备装置的空化作用和传统机械剥离方法相比更容易实现介观均匀混合,层层剥离石墨形成单层或多层石墨烯,提高反应速度,对团聚石墨烯还可以起到剪切和分散作用。超声波纳米制备装置的这些特点决定了它在纳米石墨烯制备中的独特作用,可以期望它将是一种具有很强竞争力的新方法。

 


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