Page 87 - 机械自动化设计与制造研究

第二章 半导体生产自动化

究，现在科学家大部分都开始采用先进的设备制造技术来制造单电子晶体管，并
且通过大量的实验测试，研究单电子晶体管在运输过程中存在的一些问题。目前
单电子器件主要困难就是如何能够将单电子器件的结构形式与先进的工艺技术相
结合，使得制造出来的器件能够在高温、高压等环境下工作，并且也在设计实现
单电子集成电路。

（二）石墨烯晶体管
石墨烯是由单层碳原子组成的一种薄膜，是目前世界上最薄的一种材料，
它是由英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈 . 海姆与康斯坦丁 . 诺沃肖洛夫共同

发现的一种新型纳米材料。石墨烯的最大特点就是内部电子的运动速度特别快，
电子在石墨烯内部的运动速度比在一般的导体中运动的速度要快很多倍。电子的
运动速度非常快也代表着石墨烯比其他的导体具有更好的导电性和传热性，石墨
烯的内部结构也非常稳定，能够克服温度和磁场的影响。由于石墨烯材料比较薄，
所以这样的材料在以后的应用过程中更加有利于一些器件的小型化，即使石墨烯

被制作成这么小的器件，但是它的导电性能依旧非常好。安德烈 . 海姆与康斯坦
丁 . 诺沃肖洛夫的研究小组采用标准的晶体管工艺，在石墨烯上面用电子束来刻
出相应的沟道，研制出 10 纳米级别的石墨烯晶体管。当石墨烯在被施加电压的

情况下，量子点的导电性会发生变化，这些量子点具有像晶体管一样的逻辑状态。
在以后的发展过程中，石墨烯有可能会替代掉硅，因此石墨烯的传输速度远远超
过了硅晶体管，同时石墨烯的各项性能都非常好，速度特别快，并且非常有希望
能够被应用在超级计算机的应用研发当中。现在很多专家大部分都认为未来的石
墨烯将要取代硅，如果到那个时候将会引发起一场非常巨大的电子工业革命。

四、半导体物理发展的规律、特点及启示

（一）半导体物理的发展始终与科学实验以及工业技术应用紧密联系

晶体管的发明与发展过程表明，20 世纪 30 年代以前，人们己经制成整流器、
光电探测器、检波器等半导体器件，并在实验中发现了金属——半导体接触材料
上的一些导电特性，但却无法理解其中的物理机理。直到能带理论建立以后，以
此为基础才建立起金属——半导体接触理论。后来在实验过程中人们发现这个理
论和实验测量有出入，于是提出了半导体表面态理论来解释这一现象。正是由于

在实验中考虑到半导体表面态的影响，贝尔实验室才最终研制成功了晶体管。晶

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