石墨烯的超高電子遷移率和極高的熱導率的優良特性，在毫米波、亞毫米波乃至太赫茲器件、超級計算機等方面具有重大的應用前景。石墨烯晶體管成本較低，可以在標準半導體生產過程中表現出優良的性能，為石墨烯芯片的商業化生產提供了方向。基于石墨烯溝道的超高速、超低噪聲、超低功耗的場效應晶體管及其集成電路，有望突破當前高頻電子器件的高成本、低分辨率及高功耗的瓶頸，為開發高性能雷達系統、高頻寬帶通信技術、新型高分辨成像技術、超級計算機技術提供新的思路和解決方案。這些系統應用于軍事裝備，可以大大提高我軍在3mm波段的電子對抗、通信、雷達系統的水平，實現我們信息化和自動化的新的跨越。石墨烯的超高電子遷移率，在毫米波、亞毫米波乃至太赫茲器件、超級計算機等方面具有重大的軍事與民用前景，可望突破當前高頻電子器件的高成本、低分辨率及高功耗的瓶頸，為開發新型高分辨成像技術、高性能雷達系統、高頻寬帶通信技術、超級計算機技術提供新的思路和解決方案。

國外研究現狀及發展趨勢

2004年英國曼徹斯特大學的安德烈·K·海姆課題組首次找到一種把石墨層粘貼在透明膠上，然后反復數次把石墨與膠帶分開，最后得到石墨烯（石墨單層）的方法，并制作出了世界最小晶體管，由此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。由于石墨烯嚴格的二維結構，它蘊涵著許多新的物理以及潛在應用，因此它成為目前科學研究的熱點之一。

自2004年Andre.K.Geim教授和Kostya.Novoselov研究員首次制備出石墨烯以來，石墨烯受到全世界科學家的廣泛關注，下圖表示出了近幾年石墨烯的文章SCI收錄情況，以每年翻番的速度增長。

近幾年石墨烯的文章SCI收錄情況

早在1999年，Lu等就用氧等離子刻蝕，在以SiO₂為基底的高定向熱裂解石墨上刻蝕出了厚度約為200nm的石墨層。G．Chen等采用超聲波粉碎經過酸插層的膨脹石墨，首次大量制備出厚度幾十納米的納米石墨微片。Liu等首次報道了用水合聯氨還原聚苯胺插層氧化石墨化合物，還原后化合物的導電性增加了1個數量級。2005年Srivastava等采用微波增強化學氣相沉積法，在Ni包裹的Si襯底上生長出了20nm左右厚度的“花瓣狀”的石墨片，并研究了微波功率大小對石墨片形貌的影響。2006年Niyogi等研究了用十八胺對氧化石墨表面進行改性，制得長鏈烷基改性石墨。Li等在Stankovich等研究的基礎上，利用還原氧化石墨的方法在沒有任何化學穩定劑的情況下，通過控制石墨層間的靜電力，制備出了在水中穩定分散的石墨烯溶液。2007年，Zhu等通過調整合成碳納米管的參數，在沒有催化劑的情況下用電感耦合頻射等離子體化學氣相沉積法在多種襯底上生長出了納米石墨微片。這種納米薄膜垂直生長在襯底上，類似于Srivastava等的“花瓣狀”納米片。

2006年，Heer等首次將SiC置于高真空，1300℃下，使SiC薄膜中的Si原子蒸發出來，生成連續的二維石墨烯薄膜。這種方法制備出來的二維石墨烯薄膜厚度僅為1-2碳原子層。

2008年，Konstantin V. Emtsev等人在Ar氣保護氛圍下將SiC進行高溫退火，相對Heer等真空退火的方法，制得的石墨烯薄膜的均勻性及質量都大大改善。

許多發達國家都對石墨烯的研究投入了大量的人力和財力。美國近年來對石墨烯的經費投入非常巨大，大大推動了他們在該方面的科學進展。在匹茲堡舉行的美國物理學會年會上，石墨烯是科學家們談論的主要話題。研究人員用23場討論分會探討有關這種材料的問題。

韓國科學家在制備大尺寸、高質量的石墨烯薄膜方面取得了突破性進展。根據《Nature》報道，韓國研究人員近日發現了一種制備大尺寸石墨烯薄膜的方法。這種石墨烯薄膜不僅具備高硬度和高拉伸強度，其電學特性也是現有材料中最好的，這些單原子層厚的碳薄片是非常有前途的材料。可惜這種材料是在金屬襯底上制備的，不適合做微波高頻器件。

2011年，美國賓夕法尼亞大學研制出100mm直徑的石墨烯晶片。

2011年初，美國普渡大學研制出SiC上石墨烯材料的遷移率為18700cm²V^-1s^-1。

2008年3月，IBM沃森研究中心的科學家在世界上率先制成了基于SiC襯底的低噪聲石墨烯晶體管。普通的納米器件隨著尺寸的減小，被稱做1/f的噪音會越來越明顯，使器件信噪比惡化。這種現象就是“豪格規則(Hooge's law)”，石墨烯、碳納米管以及硅材料都會產生該現象。因此，如何減小1/f噪聲成為實現納米元件的關鍵問題之一。IBM通過重疊兩層石墨烯，試制成功了晶體管。由于兩層石墨烯之間生成了強電子結合，從而控制了1/f噪音。IBM華裔研究人員林育明的該發現證明，兩層石墨烯有望應用于各種各樣的領域。

IBM采用雙層石墨烯結構降低器件噪聲

2008年6月底，日本東北大學電通信所末光真希教授將SiC在真空條件下加熱至1000多度，除去硅而余下碳，通過自組形式形成單層石墨烯。末光教授的團隊通過控制SiC形成時的結晶方向和Si襯底切割的結晶方向，得到了100×150平方微米面積的兩層石墨膜，其晶格畸變率僅為1.7%。其他科研團隊利用傳統方法的晶格畸變率為20%，因而不能制成可實際應用的器件。

2009年5月，HRL實驗室宣稱在高質量2英寸石墨烯薄膜及其射頻場效應晶體管方面取得了突破，下圖顯示了器件的結構和電子輸運特性。HRL資深科學家Jeong-Sun Moon表示，該器件擁有全球最高的場遷移率，約6000cm²/Vs，是現階段最先進硅基n-MOSFET的6-8倍。他們使用Aixtron的VP508 CVD反應設備，通過從6H-SiC晶體中升華硅的方法，成功制成了石墨烯薄膜。之后使用標準的光刻膠工藝和氧反應離子刻蝕技術制備了晶體管。源極和漏極接觸是鈦、鉑和金的合金，使用原子層沉積技術制備20nm厚的氧化鋁柵電介質，事實上這樣做捕獲了界面電荷，可能會導致器件性能下降。

HRL實驗室在2英寸石墨烯薄膜上的射頻場效應晶體管

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