硅烯未來(lái)是不是比石墨烯更有前景？

如今超越石墨烯的二維材料包括過(guò)渡金屬二硫族化合物(TMDs)、六方氮化硼(h-BN)和BNC、過(guò)渡金屬氧化物和氫氧化物，以及類石墨烯型的硅烯、鍺烯、錫烯等。

硅烯是一種由單個(gè)原子厚度的硅制成的材料，類似石墨烯，被證明具有超凡的導(dǎo)電性能，但制備過(guò)程極為困難。這種晶體管擁有巨大的潛力，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，硅烯是一種比石墨烯更有趣的材料。7年前，硅烯還只是理論學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)想。受石墨烯熱的驅(qū)動(dòng)，研究人員推測(cè)，硅原子也可能形成類似的表面。而且如果它們可以被用于制作電子產(chǎn)品，硅烯膠片將會(huì)使半導(dǎo)體工業(yè)實(shí)現(xiàn)微型化的終極夢(mèng)想。

目前，硅烯在以期在短期內(nèi)制造出壽命更長(zhǎng)的硅烯晶體管。其中還有很多的困難需要克服，因?yàn)楣柘┰诂F(xiàn)實(shí)世界中使用時(shí)十分不穩(wěn)定，但是科學(xué)家表示：“這是重大的突破，低溫制造技術(shù)和硅烯原件制造還是第一次。”研究人員相信，未來(lái)的電子元器件中硅烯的應(yīng)用會(huì)比石墨烯更容易，畢竟絕大多數(shù)的芯片設(shè)計(jì)都是硅基的。

硅烯的概念自2008年被提出后始終被學(xué)術(shù)界認(rèn)為只是理論上的可行材料，一直到2012年科學(xué)家才在實(shí)驗(yàn)室制造出硅烯，之后不少科學(xué)家邊嘗試將硅烯應(yīng)用于電子零件上，結(jié)構(gòu)上與硅烯相似的石墨烯，其為目前最薄且電阻率最小的納米材料，雖然石墨烯導(dǎo)電性能極佳，但缺乏能隙，意味著石墨烯中沒(méi)有沒(méi)有電子太無(wú)法存在的能量范圍，不適合做為晶體管的材料，除非能找出創(chuàng)造人造能隙的方法，如施加電場(chǎng)，摻雜原子等，

不過(guò)有別于石墨烯可直接從較大的晶體將薄片剪裁下來(lái)，硅烯的制成較為復(fù)雜。曾有科學(xué)家在真空室里將硅蒸汽沉積在銀晶體上，于銀晶體表面形成硅烯單層薄片，但硅烯暴露在空氣中是很不穩(wěn)定，科學(xué)家用5納米厚度的氧化鋁覆蓋在硅烯表面，并剝離硅基材料，將銀翻轉(zhuǎn)朝上，放置氧化硅基板上，最后在將部分銀刮掉，留下薄層的銀和鋁，而硅烯則夾在銀和鋁之間，制出的單原子厚的硅烯晶體管。

二維的石墨烯可以作為其他維度材料的磚瓦，如富勒烯和碳納米管，以及三維的石墨(圖1)。自從2004 年單層石墨烯被分離出來(lái)起，關(guān)于二維石墨烯材料的研究爆炸性增長(zhǎng)。石墨烯具有非常優(yōu)異的性質(zhì)，它作為具有零帶隙的二維材料，常常被稱為半金屬，或者零帶隙半導(dǎo)體。然而其零帶隙特性使得它在電子元件中的應(yīng)用受到了限制。

目前大規(guī)模生產(chǎn)二維納米材料的技術(shù)還不成熟，故制備大量、大面積的二維材料是很重要的課題之一，現(xiàn)已發(fā)展出了晶體外延生長(zhǎng)、水熱合成、化學(xué)剝離、CVD等多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。二維材料的非凡性能正在吸引大量的科學(xué)家從事該領(lǐng)域各方向的研究，如生產(chǎn)二維單層或特定層數(shù)的納米片的裝置，研究異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本理化性質(zhì)，通過(guò)摻雜、電場(chǎng)、官能化等手段直接改變材料的物理化學(xué)性質(zhì)。此外，新的二維納米材料的有趣特性使它們有望成為未來(lái)工業(yè)中的各種功能材料，最終造福于我們的社會(huì)。

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