第四百一十七章：碳基晶片的離子摻雜（1/2）

軌道雜化理論的出現，讓各國都動起來了。

相關專業甚至是理論化學、分子化學這些必修軌道雜化課程的人才被緊急召集，參與到這個直播中來進行學習。

這個被認為最少還需要十年甚至是二十年才能完善的理論現在就要用到是誰都沒有想到的。

不過按照正常的發展，其實各國的預測並沒有太大的問題。

韓元是深入學習過軌道雜化理論的，他知道這門課程中相關知識含量的多少以及學習起來的難度。

毫不誇張的說，如果是他在沒有得到這個系統之前去學習這門課程的話，100分的試卷, 他都拿不到十分。

學這玩意，就跟學數學一樣。

全靠天賦，會就是會，不會就是不會。

儘管這東西是有機化學的基礎，甚至是化學的基礎理論之一，但實際上這東西屬於前期容易，後期極難的科目。

而且如果僅僅是用來打基礎的話, 要學的東西並不難。

不過越過基礎後, 需要學習的東西難度就上了N個檔次。

不僅需要數學基礎，還需要物理基礎。

而且隨著晶體場、配位場、分子軌道和前線分子軌道這些和軌道雜化有關的理論提出，一個深入學習軌道雜化技術的學者需要的學習的東西是其他化學課程的數倍以上。

.......

實驗室中，韓元一邊處理著手中的石墨烯單晶晶圓，一邊講解著通過『軌道雜化技術』進行N/P極摻雜的注意事項。

「石墨烯單晶材料製成的晶圓在處理手段上和單晶矽晶圓類似，都是通過離子注入手段往裡面摻入對應的離子來製造不同的N/P極，進而改變攙雜區的導電方式，使每個電晶體可以通、斷、或攜帶數據。」

「當然，兩者進行摻雜時，使用的離子是不同的。」

「矽基晶片在進行離子摻雜時，常見的是磷和硼這兩種離子，當然也有鎵、砷、鋁和其它一些元素。」

「這需要根據晶片的不同用途，甚至蝕刻的電路圖不同來進行選擇。」

「而碳基晶片使用的摻雜離子則非上述這些，它使用的是一種金屬離子。」

韓元頓了頓，看了眼攝像頭吊了一下觀眾胃口，然後才接著道：

「碳基晶片使用的摻雜離子是『金屬銀離子』以及『矽離子』。」

銀和矽？

直播間裡面蹲守學習的各國專家在聽到韓元的話語後一愣，隨即立刻思索起來。

銀和矽這裡兩種材料都是非常常見的，矽就不用多說, 它本身就是製造矽基晶片以及各種矽半導體的基礎原材料。

至於銀, 除了生活中常見於各種首飾和裝飾品外，它更大的用途其實是工業。

銀的物理和化學性質都相當穩定，導熱、導電性能很好，質地相當柔軟，極具延展性，其反光率極高，可達99%以上，有許多重要用途。

比如銀常用來製作靈敏度極高的物理儀器元件，各種自動化裝置、火箭、潛水艇、計算機、核裝置以及通訊系統。

所有這些設備中的大量的接觸點都是用銀製作的。

在使用期間，每個接觸點要工作上百萬次，必須耐磨且性能可靠，能承受嚴格的工作要求。

而銀完全能滿足種種要求。

如果在銀中加入稀土元素，性能就更加優良。用這種加稀土元素的銀製作的接觸點，壽命可以延長好幾倍。

除此之外，在感光材料，化學化工材料、殺菌材料等方面也都有相當廣泛的用途。

比如攝影膠捲、相紙、X-光膠片、螢光信息記錄片、電子顯微鏡照相軟片和印刷膠片就應用了大量的氯化銀。

這是種性能相當優異的材料。

而隨著韓元的解釋，各國的專家也恍然明白為什麼石墨烯單晶晶圓中要使用銀離子來進行摻雜。

原因有兩個。

第一個是銀離子在通過離子注入手段滲入到石墨烯單晶晶圓裡面後, 會摻雜在碳晶格裡面, 進而提升攙雜區的導電方式。

就如矽基晶片中進行摻雜磷、硼這些離子一樣。

原理一樣, 只不過的是, 石墨烯單晶材料的性質和單晶矽晶圓的性質完全不同。

第二個也是更重要一個是，單質銀離子在通過離子注入機注入到石墨烯單晶材料裡面後，通過特定的條件，會形成碳化銀離子。

在正常情況下，銀是不會和碳反應的，即便是反應了，也會生成銀化碳，化學表達式為Ag2C2。

也就是說碳原子和銀原子並不是直接結合的，或者說，此時這兩種元素甚至都沒有以標準的原子形式存在，更接近於一種離子化合物。

這種銀碳形成的離子化合物，除了用來製造銀碳複合材料水溶液製備電化學電容外，並沒有太大的用途。

除了Ag2C2（碳化銀）外，還有一種碳納米管—銀複合納米材料，但那並不是發化合物，甚至都不是離子化合結構，僅僅是人工加工出來的物品，對於石墨烯單晶晶圓的加工並沒有什麼意義。

這次韓元使用銀離子來給石墨烯單晶晶圓進行離子摻雜，其整個過程中使用了軌道雜化技術。

通過計算，可以在一定的溫度、壓強以及其輔助催化材料的作用下，銀離子會和石墨烯單晶中的一部分碳原子進行雜化。

在這個過程中，碳原子可以利用它的s軌道和p軌道通過雜化作用和銀離子形成σ鍵。

除此之外，碳原子還能利用剩餘的p軌道進行互相疊加，通過Pπ-Pπ相互作用形成多重鍵。

在σ鍵以及Pπ-Pπ相互作用形成多重鍵的作用下，形成碳銀雜化軌道離子會與其他未參與作用的碳原子牢牢結合，穩定石墨烯單晶晶圓，為石墨烯單晶晶圓提供一定性能的耐熱能力，以及加強石墨烯單晶材料的導電性能。

這就是銀離子注入後的基本用途。

至於矽離子的用途，那就更簡單了。

如果說銀離子的注入，一部分作用可以理解為將高速公路修的更寬敞更平穩，讓電子在上面奔跑更加安全的話；那麼矽離子的注入，就是給這條高速公路修了收費站。

它控制著電子這輛車該去哪裡，不該去哪裡。

別忘記了石墨烯單晶材料雖然優秀，但它本身是有一個致命缺點的。

那就是石墨烯的帶隙問題。

這個問題對於碳基晶片來說可是超級致命級別的缺點。

就好像全國的高速公路沒有出入口，沒有收費站一樣，所有的汽車（電子）會在上面到處亂串。

高純度的碳化矽晶材本身就是一種性能相當優異的半導體材料。

而矽離子注入到石墨烯單晶材料中後，會與裡面的碳原子形成穩定的碳化矽結構。

和摻雜銀離子一樣，通過特殊手段，碳原子可以利用它的s軌道和p軌道通過雜化作用和矽離子形成σ鍵，也能在Pπ-Pπ相互作用形成多重鍵，起到穩定石墨烯單晶晶圓的作用。

除此之外，矽離子因為本身電子的特性，它除了碳原子具備的s軌道和p軌道外，還多出來一個d軌道。

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