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圖一、晶片製造商在不同製程尺寸必須開發新元件或新材料才能滿足莫爾定律 圖二、石墨烯是碳原子之間以sp2軌域的鍵
結形成單層二維平面六角碳環排列

圖片來源：http://www.eetimes.com/General/PrintView/4403054 圖片來源：維基百科-石墨烯

是元件型態如 圖一中的的新材料、 石墨烯的各種物理和化學特性，研
新元件等，而其中的 2D materials 究結果發現石墨烯是目前世上最薄 石墨烯材料目前的
主要就是本文要介紹的石墨烯 也是最堅硬的奈米材料，它幾乎是
(graphene)。 完全透明的，只吸收 2.3% 的光； 研發成果
導熱係數高達 5,300 W/m‧K，高
於鑽石和奈米碳管，常溫下其電子 以下就簡介目前應用石墨烯材料在
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遷移率超過 15,000 cm /V‧s，又 半導體相關元件和設計的重要研發
比奈米碳管或矽晶體高，而電阻率 成果：
-6
石墨烯的 只約 10 Ω‧cm，比銅或銀更低，
發現與特性 為目前世上電阻率最小的材料 [1] 。 電晶體元件研究方面
因為石墨烯的電阻率極低且散熱極 對現今最熱門的行動通訊電子產
佳，加上電子傳輸速度極快，因此 品，所需的射頻元件為其核心元件
石墨烯是碳原子之間以 sp2 軌域的
被期待可用來發展出更薄、導電速 之一，具有高載子遷移率的石墨
鍵結形成單層二維平面，結構如蜂 烯，將是未來能取代以 III-V 族半導
度更快的新一代電子元件或電晶
巢似的六角碳環排列規則 圖二。科 體材料為主的高速射頻元件的重要
體，所以在 2011 年 9 月於美國加
學家很早就認定單層石墨烯的結構 材料，有研究將單原子層石墨烯利
州舉行的 IEEE 定制積體電路大會
於自然界有存在的可能，也嘗試用 用應力剝離的方式從石墨塊材上分
(CICC) 一場專題演講上所發表的看
各種物理和化學方式從石墨的塊材 離出來，並轉移至二氧化矽的高阻
法 : CMOS 半導體技術將在 2024
來備製單層石墨烯材料，但效果都 值矽基板上，並以 CO 2 Si–Al 2 O 3 之
年 7nm 製程時代面臨窘境，而石
不佳，直到 2004 年，英國曼徹斯 核殼奈米線當作上閘極，可以製作
墨烯可望脫穎而出；另外在 2011
特 大 學 Andre Geim 與 Konstantin 具有高達 300 GHz 截止頻率的石
Novoselov 兩位教授用膠帶黏在石 年底被 EETimes 美國版的編輯們 墨烯薄膜為載子傳輸層的場效電晶
墨片的兩邊然後撕開兩邊的膠帶， 列為心目中會為產業帶來大改變的 體 (graphene field-effect transistor,
如此便產生較薄的石墨片，不斷地 20 大技術之一 : 石墨烯材料應被 GFET) ，另外利用半導體製程中
[2]
重複以上步驟，最後經過處理便可 考量應用於 CMOS 矽製程之後的 之磊晶技術，可將石墨烯成長在碳
自膠帶上取得單原子層的石墨烯， 新一代製程，製作高電子遷移率的 化矽基板上，並且沉積 HfO 2 當作
而這兩位教授也在 2010 年獲得諾 元件。 閘極的絕緣層，所製作的 GFET 也
貝爾物理獎的桂冠。科學家有了備 具有高達 100GHz 的截止頻率 [3, 4] 。
製單層石墨烯的方法便可好好研究

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