半導(dǎo)體行業(yè)的硅材料工藝已到極限，石墨烯能否取代硅？

半導(dǎo)體行業(yè)的硅材料工藝已到極限，石墨烯能否取代硅？

隨著全球環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，人們對(duì)節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)的新材料關(guān)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(yù)。又薄又硬的石墨烯是很多領(lǐng)域的首選材料，同時(shí)它具有非常良好的電學(xué)特性，是電子產(chǎn)業(yè)未來創(chuàng)新和發(fā)展的革命性材料。硅是如今應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，而石墨烯除了擁有不遜色于硅的半導(dǎo)體屬性之外，它還擁有很多硅不具備的其它優(yōu)點(diǎn)，有專家預(yù)測，石墨烯很可能成為替代硅的絕佳選擇，這取決于它的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況。

由于硅材料的加工極限被認(rèn)為是10納米線寬，換句話說，隨著制程小于10納米，很難制出穩(wěn)定的硅產(chǎn)品，產(chǎn)品要想實(shí)現(xiàn)更高的集成度和性能，必須采用新的半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工，石墨烯是一種新選擇。



石墨烯在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)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(dǎo)體材料想得到市場的認(rèn)可需遵循很多規(guī)律，光電效應(yīng)和霍爾效應(yīng)就是最重要的兩個(gè)定律。科學(xué)家曾在常溫下觀察到了石墨烯的量子霍爾效應(yīng)，這種材料碰到雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生背散射，這說明它有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。由于石墨烯看上去幾乎是透明的，它的光學(xué)特性優(yōu)異，其光學(xué)特性隨石墨烯厚度的改變而改變，這種特性很適合應(yīng)用于光電子領(lǐng)域。石墨烯材料未來可能應(yīng)用在顯示屏、電容器、感光元件、晶體管、傳感器等領(lǐng)域。

一、柔性顯示屏

柔性顯示屏是一種非常有前景的電子設(shè)備，其特點(diǎn)是超柔、超薄等，而制約其發(fā)展的一大關(guān)鍵就是材料，石墨烯材料的特性讓人們對(duì)柔性顯示屏的前景有了新的認(rèn)識(shí)。近年來，全球都在積極探索相關(guān)的技術(shù)，據(jù)悉，韓國曾制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于顯示技術(shù)，制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(diǎn)，在柔性顯示屏行業(yè)的前景不可限量。



二、電容器

電容器是最常見的一種電子元器件之一，它廣泛用于各種電路中，主要作用是實(shí)現(xiàn)調(diào)諧、濾波、耦合和隔直通交等，很多的電子設(shè)備中都有電容器。隨著人們對(duì)充電速率和容量的要求，一種新型的超級(jí)電容器應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)了解，科研人員發(fā)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，基于石墨烯的超級(jí)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。



三、感光元件

感光元件在數(shù)碼相機(jī)上應(yīng)用廣泛，石墨烯的光學(xué)特性讓人們對(duì)這種材料的感光元件充滿期待。石墨烯具有獨(dú)特的光學(xué)特性可以調(diào)諧電，在特殊光照下，石墨烯擁有一個(gè)非線性相移的光學(xué)非線性克爾效應(yīng)。 據(jù)外媒報(bào)道，新加坡曾有研究人員用石墨烯材料制作一種特殊的感光元件，這種器件感光度超級(jí)棒，因?yàn)槭└泄庠軌驒z測到廣譜光，在弱光的情況下，它的優(yōu)勢非常明顯。



四、晶體管

晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，在整流、放大、穩(wěn)壓和信號(hào)調(diào)制上有著不可替代的作用。石墨烯材料也可制作晶體管，和硅材料制作的晶體管相比較，石墨烯的超強(qiáng)穩(wěn)定性使得其壽命更長，用途更廣泛。據(jù)了解，IBM公司曾在2010年制作了一款石墨烯晶體管，其特性遠(yuǎn)超同類的硅晶體管，未來的前景非常廣闊。



五、傳感器

傳感器幾乎是信息時(shí)代的“標(biāo)配”產(chǎn)品，用石墨烯做成的傳感器非常有優(yōu)勢，因?yàn)樗撵`敏度可以遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品。石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，這使得它對(duì)周圍的環(huán)境非常敏感。在醫(yī)學(xué)上，石墨烯傳感器的感光特性能實(shí)現(xiàn)對(duì)很多病歷的檢測，這是由于它的納米特性和感光性，很多傳統(tǒng)傳感器無法實(shí)現(xiàn)。



石墨烯想要替代硅需解決這幾大難題

1、石墨烯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

新材料作為一種新興的產(chǎn)業(yè)，每年都在快速的發(fā)展，但是當(dāng)前整個(gè)產(chǎn)業(yè)面臨的一大難題就是缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)和我國標(biāo)準(zhǔn)不一樣，這就導(dǎo)致了很多的新技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)共通和研究，制約了整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。未來我國要想發(fā)展相關(guān)的技術(shù)，除了閉門造車之外，還需要積極地參與到國際標(biāo)準(zhǔn)的制定中，將我國的技術(shù)成果和國際上接軌，一起推動(dòng)全球石墨烯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立。



2、石墨烯的制造價(jià)格昂貴

石墨烯由單層碳原子組成，超完美的柔韌性是很多制造業(yè)的理想材料，如今制造石墨烯材料的成本非常高。目前行業(yè)采用CVD設(shè)備制作單層石墨烯，由于缺乏完善的工藝技術(shù)，導(dǎo)致石墨烯的產(chǎn)品良率很低，這個(gè)問題困擾了行業(yè)很近，仍有待解決。



3、石墨烯材料的生態(tài)待完善

對(duì)于石墨烯的應(yīng)用，目前中小企業(yè)似乎比巨頭們更積極，它們對(duì)于石墨烯的采用是主體。中國的很多大企業(yè)目前對(duì)于石墨烯材料仍處于觀望態(tài)度，這也導(dǎo)致了整個(gè)行業(yè)發(fā)展的緩慢。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，我國從事石墨烯材料研究的企業(yè)近千家，近一半的企業(yè)處于持平狀態(tài)，上市企業(yè)不到十家。



石墨烯材料的發(fā)展現(xiàn)狀

以全球石墨烯行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀而言，美國和歐洲掌握了前沿的石墨烯技術(shù)，它們的專利和技術(shù)更牛。中國是近幾年開始大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)，也取得了很大的進(jìn)步。中國每一年的石墨烯企業(yè)都在增加，而且很多企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了盈利，出現(xiàn)了幾家有影響力的企業(yè)，如第六元素、二維碳素、凱納股份、華高墨烯等，它們的產(chǎn)值已經(jīng)躋身世界前列。



石墨烯材料的前景不可估量，雖然目前我國的產(chǎn)業(yè)鏈仍不成熟，但是我國有著非常好的應(yīng)用和石墨烯礦石，這給我們成為石墨烯行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者奠定了基礎(chǔ)，未來隨著相關(guān)企業(yè)的崛起，中國的石墨烯產(chǎn)業(yè)前景非常可觀。