為什麼說石墨烯很可能成為替代矽的絕佳選擇?

2020-12-04 電子產品世界

編者按：隨著全球環保意識的加強，人們對節能、環保、可持續的新材料關注度增加。石墨烯作為一種新興的材料，有「新材料之王」的美譽。又薄又硬的石墨烯是很多領域的首選材料，同時它具有非常良好的電學特性，是電子產業未來創新和發展的革命性材料。

　　隨著全球環保意識的加強，人們對節能、環保、可持續的新材料關注度增加。石墨烯作為一種新興的材料，有「新材料之王」的美譽。又薄又硬的石墨烯是很多領域的首選材料，同時它具有非常良好的電學特性，是電子產業未來創新和發展的革命性材料。矽是如今應用最廣泛的半導體材料，而石墨烯除了擁有不遜色於矽的半導體屬性之外，它還擁有很多矽不具備的其它優點，有專家預測，石墨烯很可能成為替代矽的絕佳選擇，這取決於它的產業化發展情況。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201901/396978.htm

　　由於矽材料的加工極限被認為是10納米線寬，換句話說，隨著製程小於10納米，很難制出穩定的矽產品，產品要想實現更高的集成度和性能，必須採用新的半導體材料進行加工，石墨烯是一種新選擇。

　　石墨烯在半導體產業具有廣闊的應用前景

　　半導體產業主要由集成電路、光電子、分立器件和傳感器組成，一種新的半導體材料想得到市場的認可需遵循很多規律，光電效應和霍爾效應就是最重要的兩個定律。科學家曾在常溫下觀察到了石墨烯的量子霍爾效應，這種材料碰到雜質時不會產生背散射，這說明它有很強的導電性。由於石墨烯看上去幾乎是透明的，它的光學特性優異，其光學特性隨石墨烯厚度的改變而改變，這種特性很適合應用於光電子領域。石墨烯材料未來可能應用在顯示屏、電容器、感光元件、電晶體、傳感器等領域。

　　1.柔性顯示屏

　　柔性顯示屏是一種非常有前景的電子設備，其特點是超柔、超薄等，而制約其發展的一大關鍵就是材料，石墨烯材料的特性讓人們對柔性顯示屏的前景有了新的認識。近年來，全球都在積極探索相關的技術，據悉，韓國曾製造出了多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的柔性透明顯示屏，中國的奧翼電子將石墨烯用於顯示技術，製造了石墨烯電子顯示屏，這種屏幕耐摔、耐撞、透光率高且顯示亮度非常好。石墨烯的透明性和柔韌性等特點，在柔性顯示屏行業的前景不可限量。

　　2.電容器

　　電容器是最常見的一種電子元器件之一，它廣泛用於各種電路中，主要作用是實現調諧、濾波、耦合和隔直通交等，很多的電子設備中都有電容器。隨著人們對充電速率和容量的要求，一種新型的超級電容器應運而生。據了解，科研人員發明了一種以石墨稀作為電極材料的電容器，它由兩層石墨烯組成，基於石墨烯的超級電容器在充電和放電上性能卓越，很適合擁有新能源汽車充放電上。

　　3.感光元件

　　感光元件在數位相機上應用廣泛，石墨烯的光學特性讓人們對這種材料的感光元件充滿期待。石墨烯具有獨特的光學特性可以調諧電，在特殊光照下，石墨烯擁有一個非線性相移的光學非線性克爾效應。 據外媒報導，新加坡曾有研究人員用石墨烯材料製作一種特殊的感光元件，這種器件感光度超級棒，因為石墨烯感光元件能夠檢測到廣譜光，在弱光的情況下，它的優勢非常明顯。

　　4.電晶體

　　電晶體是一種固體半導體器件，在整流、放大、穩壓和信號調製上有著不可替代的作用。石墨烯材料也可製作電晶體，和矽材料製作的電晶體相比較，石墨烯的超強穩定性使得其壽命更長，用途更廣泛。據了解，IBM公司曾在2010年製作了一款石墨烯電晶體，其特性遠超同類的矽電晶體，未來的前景非常廣闊。

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    中國擁有最龐大的石墨烯研究隊伍，但是非常分散，基本上是小作坊式的。到處搞石墨烯產業園的做法，大部分是簡單重複，缺少技術含量，急功近利現象非常嚴重。很多人誤認為石墨烯產業會很快走向大規模快速發展階段，實際上並非如此。根據高德納公司（Gartner）的技術成熟度曲線，實際上石墨烯產業仍處於早期階段，很快就會進入死亡谷，這時候最需要的是堅持、企業遠見和國家意志。
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  • 國家為何如此重視石墨烯?
    石墨烯是替代矽的理想材料 相對於通過前端設計提升微結構來提高晶片性能，通過後端設計來提升主頻顯然更加簡單粗暴，而且隨著Intel在IPC上已經遭遇緊瓶，相信全球其他IC設計公司在各自的微結構達到Haswell水平後，IPC很有可能也會相繼撞牆。因此，提升主頻已經是成為了提升CPU性能的不二之選。
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    （KTU）材料科學研究所的一組研究人員創建了新的基於石墨烯和矽肖特基接觸的紅外輻射傳感器，這些傳感器比目前市場上使用的紅外傳感器更有效。因此，我們決定在石墨烯上製造納米結構的金屬等離子體吸收器，從而提高了這些傳感器的靈敏度。」ŠarûnasMeškinis博士說。
  • 「石墨烯電池」續航1000公裡真相!確實如此嗎
    早在2014年，就有一家名叫Graphenano（中文意為「石墨納米」）的西班牙公司公司就號稱已與該國科爾瓦多大學，聯合研發出了全球首件石墨烯聚合材料電池。為何選擇石墨烯？在對外推介這件石墨烯電池時，Graphenano使用的參數話術就包括：隨著批量生產和大尺寸問題的突破，石墨烯的工業應用正在加速。根據現有的研究成果，首先實現商業應用的領域可能是行動裝置、航空航天和新能源電池。柔性屏幕在消費電子展上備受關注，成為未來行動裝置顯示器的發展趨勢。柔性顯示器未來市場廣闊，石墨烯作為基礎材料也大有可為。
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