透明膠帶成就的諾貝爾

　　盡管IT產(chǎn)品千變?nèi)f化,，但萬(wàn)變不離其宗——都是建立在基于半導(dǎo)體硅的計(jì)算基礎(chǔ)上,。但摩爾定律終有極限,。于是，非硅計(jì)算便成為研究的熱點(diǎn),。

　　今年10月,，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在石墨烯方面卓越研究而分享了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從而使石墨烯在量子計(jì)算,、生物計(jì)算,、光計(jì)算、碳納米管等硅計(jì)算替代者中,，脫穎而出,。

石墨烯微觀結(jié)構(gòu)圖
　　摩爾定律終有盡頭

　　1958年，德儀公司的基爾比和仙童半導(dǎo)體公司的諾伊斯分別獨(dú)立地發(fā)明了集成電路,，從而使得電子技術(shù)從電子管,、晶體管轉(zhuǎn)向集成電路時(shí)代?；鶢柋纫?yàn)榧呻娐返陌l(fā)明而獲得了2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),，遺憾的是創(chuàng)辦了仙童和英特爾兩家半導(dǎo)體工業(yè)歷史上最著名的公司的諾伊斯卻因突發(fā)心臟病于10年前辭世，無(wú)法獲得諾貝爾獎(jiǎng),。事實(shí)上,，如今半導(dǎo)體工業(yè)采用的都是諾伊斯發(fā)明的平面工藝，與基爾比的工藝其實(shí)沒(méi)有關(guān)系,。

　　平面工藝就是利用研磨,、拋光、氧化,、擴(kuò)散,、光刻、外延生長(zhǎng),、蒸發(fā)等半導(dǎo)體加工工藝技術(shù),，在二維平面

上制造晶體管、電阻,、電容和引線,。因此，要在單位面積的硅片上制造越來(lái)越多的晶體管等元器件,，只有不斷

提高工藝水平,。

　1965年，還在仙童半導(dǎo)體公司工作的高登·摩爾為《電子學(xué)》雜志寫了一篇文章預(yù)測(cè)說(shuō),，未來(lái)集成電路中晶體管的集成度將會(huì)每18~24個(gè)月翻一番,，這就是著名的摩爾定律。

　　當(dāng)人們享受著CPU的制造工藝從65nm,、45nm提高到目前的32nm所帶來(lái)的性能提高和功耗下降等好處時(shí),，殊

不知,，加工工藝的提升是有物理極限的。有資料顯示,，當(dāng)晶體管柵極長(zhǎng)度小于5nm時(shí),，晶體管會(huì)因隧道效應(yīng)而

失效。

　　因此,，尋找替代硅工藝的材料,，便成為一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。盡管量子計(jì)算,、生物計(jì)算性能強(qiáng)勁,，但畢竟那

還是遙不可及的美好遠(yuǎn)景。碳納米管雖然表現(xiàn)突出,，但未來(lái)在工藝實(shí)現(xiàn)上,，要“安頓”好那么多小管子可不是

件容易的事。

　　直到2004年,，英國(guó)曼切斯特大學(xué)的研究人員安德烈·蓋姆和科斯提亞·諾沃謝夫在石墨烯方面的研究,，讓

人們看到了新的希望。

　　他最后用了“土”辦法

　　堅(jiān)硬無(wú)比的金剛石與柔軟的石墨的成分都是碳,，只不過(guò)其中碳原子的晶體結(jié)構(gòu)排列有所不同,。在足夠高的

溫度和壓力下，通常都是采用爆炸法,，可以利用石墨生成微小的金剛石顆粒,。而蓋姆和諾沃謝夫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨

層薄到只有1個(gè)碳原子厚度時(shí),，不僅堅(jiān)韌無(wú)比,，而且還有突出的電特性。這種具有神奇性能的石墨層被稱之為

石墨烯,。而制造石墨烯的方式并非人工制造金剛石那樣暴力,，相反卻是十分溫柔的。

　　2008年8月,，蓋姆在接受科學(xué)觀察網(wǎng)站專訪時(shí),，講述了他們當(dāng)初如何制造石墨烯

的故事。

　　當(dāng)時(shí),，蓋姆買了一大塊高定向熱解石墨,，這是一種純度非常高、通常用于分析的石墨材料,。蓋姆把它交給

了他新來(lái)的一位中國(guó)博士生,，并給了他一臺(tái)非常高級(jí)的拋光機(jī)，希望他能制作出盡可能薄的薄膜。三個(gè)星期過(guò)

后,，這位博士生拿著一個(gè)培養(yǎng)皿告訴蓋姆說(shuō)做好了,。蓋姆用顯微鏡觀察培養(yǎng)皿底部的石墨斑，發(fā)現(xiàn)那足有10微

米厚,，相當(dāng)于1000層石墨烯的厚度。蓋姆于是問(wèn)他,，能不能磨得再薄一些,？他告訴蓋姆，那還再需要一塊石墨

,。要知道這種石墨每塊大約要花300美元,。蓋姆承認(rèn)自己當(dāng)時(shí)的態(tài)度可能不太好，于是,，那位中國(guó)博士生對(duì)蓋

姆說(shuō)：”既然你這么聰明,，那你就自己試試吧。”

　　蓋姆只得自己做了,，不過(guò)他采用了一種非常“土”的方法,。因?yàn)槭哂型暾膶訝罱饫硖匦裕梢园磳?/p>

剝離,。于是,，蓋姆用透明膠帶在石墨上粘一下，這樣就會(huì)有石墨層被粘在膠帶上,。蓋姆把膠帶對(duì)折后,，粘一下

再拉開，這樣,，膠帶兩端都沾有石墨層,，石墨層又變薄了。如此反復(fù)多次,，膠帶上的石墨層薄到只有一個(gè)碳原

子的厚度時(shí),，石墨層也就變成了石墨烯。

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