石墨烯晶体管

　　1．稳定性

　　石墨烯结构稳定：石墨烯中碳原子均由共价键相连，共价键的键能是相对比较高的，相对于分子间作用力、氢键、金属键等，共价键不易被破坏。由于石墨烯的结构其实是一个大的离域π键，其C-C键的强度要高于金刚石的单键，我们也可以从热力学的角度看到石墨的熔点为3850℃左右，金刚石的熔点仅为3550℃左右，不难发现，石墨比金刚石更加稳定。

　　2．导电性

　　PPT5面心立方堆积（铜），六方堆积（镁），体心立方堆积（钾）

　　金属的导电机理：金属是金属阳离子以密堆积的形式“浸没”在电子的海洋里，金属是通过自由电子的定向移动来导电的。但金属键是不牢固的，例如金属的延展性就是原子层发生平移的结果。所以，金属常常会出现空穴或杂原子等晶体缺陷，破坏了金属的规则的晶体结构，当电子经过这些缺陷时，就容易发生散射等现象，降低了电子定向移动的速度，影响了导电性。

　　石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。

　　石墨烯的导电机理：由于石墨烯所有原子均参与了离域，所以其整个片层上下两侧电子都可以自由移动。并且由于共价单键的稳定性，石墨烯不会出现某位置碳原子的缺失或被杂原子替换，保证了大π键的完整性，电子在其中移动时不会受到晶体缺陷的干扰，得以高速传导，因此石墨烯有着超强的导电性。

　　3. 透明性与不透明性

　　由于石墨烯是单薄片状态的，光子虽然不能穿透碳原子核，但是，可以穿透碳原子核之间的广大的空间，所以，石墨烯是一种透明的物质，当几个石墨烯分子层叠加在一起时，由于碳原子核排列有序（就像检阅场上的方队那样），光很容易穿透方队中的间隙呈现透明状态。

　　尽管只有单层原子厚度，但石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。

　　4.机械特性

　　石墨烯之所以硬，是因为碳原子或的绕核电子只是在碳原子核的径方向面上存在着和运动着，碳原子核两极的轴方向上是没有绕核电子的，就是说，石墨烯表面上立的或排列的都是原子核，如果外部物质与它撞击，撞击的不是绕核电子而是直接撞击在原子核上，所以，石墨烯表面显示的非常硬。

　　IBM的研究人员展示了一种由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管（FET），其截止频率可达100吉赫兹（GHz），这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。这一成就是美国国防部高级研究计划局“碳电子射频应用项目”取得的重大进展，为研发下一代通信设备铺平了道路。

　　该石墨烯晶体管使用了一种金属顶栅结构，及一种含有聚合物和高介电常数氧化物的新型栅极绝缘体堆栈。栅极长度适中，为240纳米，为将来通过缩减栅极长度以进一步优化性能留下了足够的空间。IBM将石墨烯晶体管植入矽－碳晶圆上，然後涂上绝缘层以防止晶体管短路。

　　在2011年2月份刚刚出版的《科学》杂志上，IBM的研究人员展示了一种由石墨烯材料制作而成的场效应晶体管（FET），其截止频率可达100吉赫兹（GHz），这是迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管。这一成就是美国国防部高级研究计划局“碳电子射频应用项目”取得的重大进展，为研发下一代通信设备铺平了道路。

　　研究人员通过使用与现行的先进硅器件制造技术相兼容的加工技术制成了圆晶规模、外延生长的石墨烯，从而达成了此一高频纪录。

　　IBM硏究中心院士及纳米科学与技术部的经理Phaedon Avouris表示：“我们目前为止测量到的最快石墨烯晶体管其运行频率在栅极长度达到150纳米的时候可以达到空前的26GHz。因为峰値频率随着栅极长度的减小而增加，我们相信通过进一步减小栅极长度到50纳米以内，石墨烯晶体管的频率有望突破太赫兹。”

　　IBM硏究团队下一个目标是改善栅极介电材料，以实现工作在太赫兹频率范围的射频电路。