美国和法国的科学家制备出创纪录的宽带隙石墨烯(带隙宽0.5eV)，他们称此足以制备出有用的石墨烯晶体管。这种带隙是结合碳化硅衬底高度周期性的结果。

如图所示为宽带隙的石墨烯，其尺寸与常规半导体差不多。图片来源：Shutterstock。

石墨烯是单层碳的原子排列形成的蜂巢形晶格，具有一系列独特的性能。自2003年发现以来，具有高强度、热导率和电导率的称号。高电导率使得该材料可以作为理想的微型接触电子电路，该材料也可以自己构成组件（尤其是晶体管）。

制备晶体管的石墨烯不仅作为导体，而且是半导体，这是电子开关切换操作的关键组件。带隙半导体的定义为是在价带激发一个电子所需要的能量，价带的电子不能导电，但传导到导电带，就可以导电。半导体的带隙需要足够大，以便制备出具有清晰的开关状态的晶体管，以此处理信息，避免产生错误。

普通的石墨烯没有带隙，实际上它是由异常起伏的价带和导带组成，更像金属。尽管如此，科学家们试图将价带和导带分开，并由此制造出奇特形状的石墨烯，如丝带石墨烯的带隙已经高达100meV，但这对电子产品来说还是太小。

美国乔治亚理工学院的EdwardConrad和同事通过外延生长法制备石墨烯。利用这种方法，将碳化硅(SiC)衬底温度加热到1360°C，分解后形成石墨烯层。研究人员发现，第一层（通常称为缓冲层）形成的带隙大于0.5 eV，这是碳化硅衬底高度周期性的结果。

德国康斯坦茨大学的物理学家Guido Burkard并没有参与这项工作，他说：这种带隙宽度作为常规半导体来说已经差不多够用。至于以这种方式制备的石墨烯是否具有先前研究的石墨烯的电子性质还有带于进一步研究。但该研究结果无疑是非常有前途的。”

Conrad和同事利用外延方法制备半导体石墨烯的研究并不新奇。2006年，一群由Alessandra Lanzara领导的团队在加州大学伯克利分校研究了第二层以上石墨烯生长外延法，其报告的带隙宽度在0.26 eV。Conrad说，与其他研究相比，自己团队的主要区别在于石墨烯的外延生长法的珩磨技术。“事实证明，晶体的排列是影响带隙非常重要的条件，其他研究没有考虑这点。”他解释说。

当Conrad和同事尝试将石墨烯增长的最佳温度降低20°C时，石墨烯带隙是不存在的。Conrad将其结果与发展早期的硅电子产品相类比。他说：“如果回到20世纪60年代早期的硅晶体管时代，会发现它其实是难以置信的高度有序的晶体。碳化硅晶片的高成本在这个阶段显得不那麽重要。第一支晶体管(硅)售价1500美元。关键是，你首先要得到设备，然后再开始担心以后的成本。”

佐治亚理工学院的Conrad还说，同事们已经将他的半导体石墨烯晶体管用于半导体开关，其电流比率是常规电子产品的10倍以上。“这只是前期的工作。”他说。 

新材料在线编译整理——翻译：陈琼     校正：摩天轮