美国新研制出的半导体GMO 是什么东西？ 氧化石墨烯？

一种全新的碳基材料——一氧化石墨烯（GMO）由美国威斯康辛大学米尔沃基分校的科学家在日前发现，据电磁流量计获悉，该半导体新材料由碳家族的神奇材料石墨烯合成，有助于碳取代硅，应用于电子设备中。该团队在研究一种混合纳米材料时，无心插柳得到了GMO。起初，他们的研究对象是一种由碳纳米管（将石墨烯卷成圆柱状得到）组成的、表面饰有氧化锡纳米粒子的混合纳米材料，陈俊鸿用这种混合材料制造出了高性能、高效率而廉价的传感器。为了更好地了解这种混合材料的性能，科学家们需要想方设法让石墨烯变身为其“堂兄弟”——能大规模廉价生产的绝缘体氧化石墨烯（GO）。GO由石墨烯不对齐地堆叠而组成。实验中，陈俊鸿和物理学教授马瑞加·加达得兹斯卡在真空中将GO加热以去掉氧。然而，GO层中的碳和氧原子没有被破坏而是变得排列整齐，变成了有序的、自然界并不存在的半导体GMO。该研究团队接下来需要了解什么触发了这种材料的重组以及什么环境会破坏GMO的形成。威斯康辛大学米尔沃基分校表面研究实验室的主任迈克尔·梅韦纳说：“还原反应会去除氧，但实际上，我们获得了更多氧，因此，我们需要了解的事情还有很多。”该研究团队的成员、力学工程教授陈俊鸿（音译）表示：“石墨烯研究领域的主要驱动力之一是使这种材料成为半导体，我们通过对石墨烯进行化学改性得到了新材料GMO。GMO展示出的特性表明，它比石墨烯更容易大规模生产。”因为GMO是单层形式，因此其或许可应用于与表面催化有关的产品中。他们正在探索其在锂离子电池阳极的用途，GMO有可能提升锂离子阳极的效能。研究人员埃里克·马特森说：“我们认为氧会离开，留下多层石墨烯，但结果却并非如此，让我们很吃惊。”据电磁流量计了解，石墨烯的导电、导热性能极强，远超硅和其他传统的半导体材料，而由硅制成的晶体管的大小正接近极限，科学家们认为，纳米尺度的碳材料可能是“救命稻草”，石墨烯未来有望取代硅成为电子元件材料。

美国佛罗里达大学研究人员宣布，他们在新半导体的设计方面取得突破，从而率先为一种新型电子开关开发出重要的基础材料，这种基础材料很可能提供平稳的不间断的电力供应。这项研究成果可能成为21世纪汽车工业和尖端军事硬件使用的重要材料，行业杂志《化合物半导体》对这项研究成果作了介绍。

佛罗里达大学四位材料学教授和两位化学工程教授用氮化镓材料设计了一种称之为“金属氧化物半导体场效应晶体管”的基本电子结构。

佛罗里达大学的科学家和圣巴巴拉加州大学的科学家们还最先设计并展示了一种与之相关的“双极晶体管”。

参加研究的佛罗里达大学材料学教授斯蒂芬·皮尔顿说，这两项研究成果是朝着制造氮化镓半导体开关迈出的重要步骤。这种开关将确保供电系统今后能实现高质量的电力输送。

他说，美国供电系统目前使用大型机械中继开关和硅开关输送电力，但是这两种开关都存在严重的缺陷。用氮化镓开关替代上述两种开关输送电力可以收到良好的效果。

皮尔顿说：“如果能用电子开关替换全部机械中继开关和硅开关，输送电力的速度更快，问题也大大减少。”

欧洲半导体工艺研发机构IMEC总裁Luc Van den hove 日前透露，IMEC将在2015年以后，有选择地对部分450毫米硅片关键工艺形成研发能力，这些关键工艺包括光刻和晶体管控制栅的制造。

Van den hove 认为，在2015以前，市场上很难找到成熟的关键设备和工具。以光刻设备为例，尽管目前技术规格的EUV 光刻机在对光学部分进行一定改造后，勉强可以用于450毫米硅片，但大的加速度因子使得系统的稳定性和可维护性都不理想。

IMEC已经在开始改造其300毫米硅片生产的净化室，以便将来可以容纳450毫米硅片生产设备，但这将是2015年或更久以后的事情。IMEC称，基于成本和保持IMEC核心竞争力等因素的考虑，净化室的改造将同时兼顾300毫米硅片和450毫米硅片的研发，而450毫米硅片生产设备的引入将遵循循序渐进、逐步过渡的原则，形成完整的450毫米硅片的研发能力将是一个漫长的过程。

和这家欧洲主要的半导体工艺研发机构的保守计划形成对照，美国则计划以纽约州Albany大学的纳米研究中心为基地，一步到位地建立一个450毫米硅片工艺实验生产线。

纽约州州长Andrew Cuomor上个月表示，包括Intel、IBM、GlobalFoundries、TSMC 和Samsung在内的全球五大领先半导体制造商已经决定形成一个工业联合体，以推进下一代18英寸晶圆制造换代的进程。联合体在未来5年里计划投入44亿美元，在纽约州Albany大学建立一个450毫米硅片制造实验生产线，纽约州将贡献总投资中的4亿美元。

与此相关，欧洲半导体工艺研发能力的衰退对中国半导体制造业缩短和世界的差距是不利的，毕竟IMEC作为一个商业性的半导体研发机构为中国的半导体工厂培养过一批人才，而在未来的10年里，美国恐怕不会实质性地改变对中国的技术出口管制政策，到时中国工程师可能花钱也无法得到在美国学习450毫米工艺的机会。

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