石墨烯本身缺乏能隙(bandgap)，使其得以展現(xiàn)超過每伏特每秒15,000平方公分(cm2/Vs)的驚人速度，比硅晶更快10倍，但卻也只能作為導(dǎo)體使用。而今，由美國威斯康辛大學(xué)(University of Wisconsin)教授Michael Arnold帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)以及阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)的研究人員們，發(fā)現(xiàn)一種可用于生長半導(dǎo)體石墨烯帶(graphene ribbon)及客製其能隙的新技術(shù)。

　　「我們已經(jīng)找到一種方法可生長不到10nm寬的半導(dǎo)體石墨烯帶，它具有扶手型邊緣(armchair edge)，可經(jīng)由控制奈米帶寬度實(shí)現(xiàn)各種不同的能隙，」Arnold解釋。

　　「扶手型邊緣」石墨烯奈米帶沉積于鍺基板上的示意圖

　　研究人員早已知道在石墨烯帶利用扶手型邊緣取代鋸齒型邊緣，可望為其打開能隙，使其從導(dǎo)體變成一種半導(dǎo)體。然而，時(shí)至今日，生長石墨烯最簡單的方法是在銅金屬上進(jìn)行，然后再將其移植到硅基板上蝕刻成帶狀。Arnold的研究團(tuán)隊(duì)最主要的發(fā)現(xiàn)是能夠直接在低成本的鍺表面上更輕易地生長扶手型邊緣的石墨烯帶，從而使其成為一種較硅晶更快10倍的客製半導(dǎo)體。

　　沉積于鍺基板的窄奈米帶特寫(虛線用于顯示奈米帶邊緣)

　　「我認(rèn)為威斯康辛大學(xué)的研究成果傳達(dá)了這樣的一個(gè)訊息：你并不需要擁有像英特爾(Intel)或IBM的資源，也能在石墨烯上實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，」The Envisioneering Group研究總監(jiān)Richard Doherty表示：「在材料科學(xué)方面，還有許多值得我們學(xué)習(xí)之處，而化學(xué)與石墨烯的佈局或許還有更多需要進(jìn)一步的探索。」

　　鍺晶圓比硅晶圓更便宜，讓Arnold及其研究團(tuán)隊(duì)決定直接在鍺晶圓上生長原子級的石墨烯薄層，但根據(jù)Arnold指出，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)先在鍺單層上沉積，也可以在硅晶圓上取得相同的結(jié)果。

　　「其關(guān)鍵在于鍺與石墨烯之間的晶格匹配，使得利用標(biāo)準(zhǔn)CVD也能輕鬆生長箭頭直線型的石墨烯帶，」Arnold表示。

　　三張漸進(jìn)視圖顯示石墨烯奈米帶彼此之間如何僅相互垂直生長與形成。

　　Arnold的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：在利用CVD途徑時(shí)，石墨烯奈米帶似乎會以隨機(jī)的方式生長，全部採任一方向或彼此垂直的方式生長(如上圖)。現(xiàn)在，研究人員想找到能夠限制在電路位置精確啟動奈米帶集結(jié)生長的方式。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)想知道石墨烯為什麼以及如何挑選特定位置開始生長；此外，他們也打算利用這些知識打造像石墨烯電晶體、感測器與光電元件等複雜的電路。