本文摘要：2020-03-30 绝大多数计算出来设备都是由硅做成的，后者次于氧气，是地球上第二大含氧元素，以各种形式不存在于岩石、粘土、沙子和土壤中。

2020-03-30 绝大多数计算出来设备都是由硅做成的，后者次于氧气，是地球上第二大含氧元素，以各种形式不存在于岩石、粘土、沙子和土壤中。在地球上，虽然硅不是最差的半导体材料，但毕竟最更容易取得的。

因此，在传感器、太阳能电池、计算机、智能手机等大多数电子设备中，硅都是占到主导地位的材料。现在，麻省理工学院的工程师早已研发出有一种由类似材料做成的超薄半导体薄膜。

他们生产了由砷化镓、氮化镓和氟化锂做成的柔性薄膜，这些材料展现出出比硅更佳的性能。但是，到目前为止这些材料在功能器件的应用于中生产成本过低。

研究人员回应，在生产由半导体元件人组做成的柔性电子元件上，这项新技术获取了一种更加经济有效地的方法，比目前的硅基器件的展现出更佳。“我们已修筑出有一条新途径，能用许多不同于硅的材料生产柔性电子设备。”机械工程、材料科学与工程系副教授JeehwanKim回应。他期望该技术可用作生产低成本、高性能的设备，如柔性太阳能电池、可穿着计算机和传感器。

10月8日，这项新技术的论文已刊出在《NatureMaterials（大自然材料）》期刊上。除了Kim之外，论文的年出版者还包括麻省理工学院的WeiKong、HuashanLi、KuanQiao、YunjoKim、KyusangLee、DoyoonLee、TomOsadchy、RichardMolnar、YangYu、Sang-hoonBae、YangShao-Horn和JeffreyGrossman，以及来自中山大学、弗吉尼亚大学、德克萨斯大学达拉斯分校、美国海军研究实验室、俄亥俄州立大学和佐治亚理工学院的研究人员，并获得了美国国防高级研究计划局、美国能源部、美国空军实验室、LG电子、爱人茉莉太平洋集团、泛林集团和ADI公司的部分反对。

2017年，Kim及其同事使用石墨烯设计出有一种生产便宜半导体材料“副本”的方案。他们找到，将石墨烯填充在如砷化镓等洁净、便宜的半导体晶圆材料上，当镓原子和砷原子流到石墨烯填时，这些原子或许以某种方式与下面的原子层展开交互，中间的石墨烯或许是不可见或半透明的。

结果，这些原子子集到下方半导体晶圆仪器的单晶图案中，构成了一个准确的“副本”，并可以只能地从石墨烯层上破损下来。他们将这种技术称作“远程外延”，获取了一种仅有用于一个便宜下层晶圆，就能生产多层砷化镓薄膜的低成本方案。在第一批结果报告出来后旋即，该团队就想要告诉这一技术否可用作拷贝其他半导体材料。他们企图将“远程外延”应用于硅和锗这两种廉价的半导体，但是他们找到，让这些原子从石墨烯上流过时，它们无法与各自的下层展开交互，以往“半透明”的石墨烯再度显得“不半透明”，制止硅和锗原子“看见”另一侧的原子。

实质上，硅和锗是不存在于元素周期表的同一组内的两个元素。明确而言，这两个元素归属于第四组，此类材料是离子中性的，没极性。“这给了我们一个提醒。”Kim说道。

该团队推测，或许原子只有通过某种离子电荷，才能利用石墨烯相互作用。例如，在砷化镓的案例中，在界面上，砷具备正电荷，镓具备负电荷。这种电荷或极性的差异，有可能有助原子通过石墨烯相互作用，就像它是半透明的一样，并拷贝下面的原子图案。“我们找到，利用石墨烯的交互各不相同原子的极性。

对于最弱离子键材料，它们甚至可以通过三层石墨烯相互作用。”Kim说道。“它与两种磁铁的更有方式相近，即使是一张薄纸。”为了测试他们的假设，研究人员们使用远程外延法拷贝具备有所不同极性的半导体材料，从中性硅和锗，再行到严重极化的砷化镓，最后是高度极化的氟化锂（一种比硅更佳、更加便宜的半导体）。

他们找到，极化程度更深，原子相互作用就越强劲，甚至在某些情况下需要通过多片石墨烯。他们能生产的每种薄膜都是柔性的，只有几十到几百纳米薄。研究小组找到，原子相互作用的物质也很最重要。除了石墨烯，他们实验了六方氮化硼（HBN）中间层，一种类似于石墨烯原子图案的材料，并具备类似于特氟龙的品质，在拷贝时，填充在其上方的材料可以被很更容易地挤压。

然而，六方氮化硼是由电性忽略的硼和氮原子构成，其在材料本身内就产生了极性。在他们的实验中，研究人员找到，流到六方氮化硼的任何原子，即使它们本身具备高度极性，也无法几乎与它们下面的晶圆相互作用。这也指出，原子和中间材料的极性，都要求了原子否将相互作用并构成完整半导体晶圆的副本。

“现在，我们确实解读了原子通过石墨烯相互作用的规则。”Kim说道。

他回应，通过这种新的规则，研究人员现在可以非常简单地查阅周期表，并自由选择两个忽略电荷的元素。一旦他们通过完全相同的元素提供或生产主晶圆，他们就可以用于该团队的远程外延技术来制作完整晶圆的多层准确副本。“人们大多用于硅片，因为它们很低廉。”Kim说道。

“现在，我们的技术修筑了一种用于更加高性能非硅材料的方法。你可以出售一个便宜的晶圆，并一遍又一遍地拷贝它，大大重复使用。现在，这项技术的材料库早已几乎拓展。”Kim设想，远程外延现在可以用以前那些被指出类似的半导体材料来做成超薄柔性膜，只要这些材料是由具备一定极性的原子做成的。

这种超薄薄膜可以一层一层的填充在一起，以生产微小、灵活性、多功能的设备，如可穿着传感器、柔性太阳能电池，甚至在很远的未来，“手机可以贴到你的皮肤上。”“在智能城市，我们期望在任何地方摆放小型计算机，这就必须由更佳材料做成的低功耗、高灵敏的计算出来和传感设备。”Kim说道。“这项研究为这些设备修筑了道路。

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