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近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校的材料學家成功研制了1英寸大小碳納米晶體管，這種晶體管首次在性能上同時超越了硅晶體管和砷化鎵晶體管。一時間，材料界炸開了鍋，“石墨烯和碳納米管誰會成為下一代半導體材料？”這一問題再次被激烈談論。

摩爾定律的終結，這無疑是半導體圈最棘手的事。雖然新的國際半導體技術路線圖不再以摩爾定律為目標，并且可能會“超越摩爾”，但研究人員還是各自尋找硅材料的替代者來提升半導體的性能。

一直以來，碳納米管都被認為是最有可能取代硅的材料之一，這源于它很多優于硅的天然屬性。比如電子可以比硅晶體管更輕松地轉移，實現更快速的數據傳輸；具備很好的強度和柔性，可以用來制造柔性顯示器和電子設備，經得起拉伸與彎曲......但是，這一切的基礎都是建立在高性能碳納米晶體管上。

然而，制造高性能的碳納米管晶體管卻一直面臨著兩大技術難題：

一是要達到極高的純度，因為碳納米管中的金屬雜質會像銅線一樣導致設備短路，只有高純度才能獲得高效率。

在碳納米管制備過程的最后階段，半導體型碳納米管會和金屬型你中有我，我中有你一般地混在一起。雖然這兩種碳納米管都十分有價值，但是必須分開使用，因為只有純的碳納米管（半導體型或者金屬型）才能在器件層面得到應用，所以有效的分離技術也就成了碳納米管走向應用的一個技術難點。

二是精度極高的陣列控制，要將數量眾多的碳納米管塞進指甲蓋大小的芯片就必須精確地控制好各個碳納米管之間的距離。

在這次研究中，威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員幾乎都輕松解決了這些問題，讓碳納米管晶體管技術得到了飛躍式的發展。

從理論上講，未來碳納米晶體管的性能可以比硅高5倍，換言之，如果用在設備中，它的能耗比硅晶體管低5倍。一旦技術真正投入使用，就可以開發出更強大的處理器、讓無線通信速度更快、提高便攜設備的續航能力。

這樣看來，碳納米管成為下一代半導體材料看起來是板上釘釘的事情，然而，石墨烯的橫空出世，讓下一代半導體材料似乎又有了懸念。

石墨烯，被公認為21世紀的“未來材料”和“革命性材料”。

自從2003年被發現以來，研究者發現它具有優異的強度、導熱性和導電性。最后一種性質使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點，但最理想是用石墨烯自己制成電子元件——特別是晶體管。

作為半導體，要求材料擁有電子能帶隙。常規的石墨烯是沒有帶隙的——它特殊的波紋狀價帶和導帶實際上是連在一起的，這使得它更像是金屬。然而，只有一個原子厚的石墨烯可與其他元素摻雜或復合，從而具有半導體特性。盡管如此，科學家們仍然試圖分開價帶與導帶這兩個帶。通過把石墨烯制造成奇特的形狀，如帶狀，目前最高可以讓帶隙達到100meV。

除此之外，石墨烯的電阻率低，比銅和銀還低，并且它的電子遷移率很高，用它做晶體管材料，可以大大提升處理器的時鐘主頻。

然而，這些似乎都不足以支撐石墨烯成為下一個半導體材料的理由。

石墨烯在半導體方面火起來的原因，是因為集成電路想不斷的減小，硅芯片做到現在十幾個納米的溝道已經是極限，再想減小大家就從納米材料上下功夫。石墨烯作為最薄最強韌的材料，加上它又是一個二維結構，做成一個個晶體管后就能組成小規模的集成電路。

總的來說，在半導體產業方面，小編更看好石墨烯的發展。碳納米管雖然在目前的研究中取得了相應成績，但長遠來看，石墨烯的廣泛應用及獨特的二維結構，似乎在成為“下一代半導體材料”上更具優勢。