第四百一十章：性能優異的石墨烯晶圓（2/2）

就像飛機失事後檢查現場的零件碎片以及黑匣子日誌一樣，通過這兩樣東西，基本能還原飛機失事時的場景。

很快，通過高溫冶煉爐記錄下來的數據信息吉和紅外光譜儀的檢查數據，韓元找到這塊石墨烯單晶材料了為什麼會出現裂紋的原因。

其實原因相當簡單，那就是他之前失誤了，使用的單晶鎳基底材料過大，導致單體面積上的碳粉、石墨粉末這些材料不夠量。

最終導致碳原子在加熱重構到了一定程度後，形成的石墨烯單晶材料在冷卻時因為自身的張力問題出現了晶體裂鍵的問題。

對於這種情況，解決辦法並不算複雜，按照各種材料對應的比例增加份量就可以解決。

只不過根據材料的量需要同步修改高溫冶煉爐中甲烷、乙烯等各種氣體的含量、壓強、製備時間等各種參數。

這對於韓元來說並不難，花費了一些時間，韓元重新調整了各種參數信息，開啟了第二次的石墨烯製備

找到問題和解決方式後，韓元簡單的講解了一下導致問題出現的原因以及解決方法。

簡單的按照各種材料對應的比例增加原料份量就可以解決石墨烯單晶材料的褶皺問題聽得各國的專家口瞪目呆，不敢相信。

但很快，這些專家想起了韓元之前說過的話，也反應了過來到底是怎麼回事。

其實原因很簡單。

他們和對方處理石墨烯單晶材料上的褶皺方式之所以天差地別，其主要原因是引導石墨烯單晶材料生長的基底材料以及晶核不同。

比如在氣相沉積法這一塊，華國使用的基底材料是液態銅，使用的含氮分子『吡啶』作為碳氮源。

利用了吡啶分子在銅箔表面的催化脫氫自組裝效應來生成石墨烯。

而對方利用的是單晶鎳作為基底，利用了碳化矽作為晶核生長，在這個基礎上，石墨烯的褶皺問題已經被解決了。

第一次生產出問題，就是純粹的原料不足問題導致的，並非熱效應張力。

想明白到底是怎麼回事後，各國專家或搖頭或臉傷露出了無奈的苦笑。

虧他們之前還在想著對方是不是也沒有掌握石墨烯的製備技術，現在看來，只不過是對方第一次生產製備石墨烯不熟練而已

經過調整，第二次製備出來的石墨烯單晶材料比第一次製備出來的要厚一些，不過裂紋已經沒有了。

一系列的檢查過後，韓元拿著檢測數據鬆了口氣。

第二次製備出來的石墨烯單晶材料從各項數據上來看，是符合製備石墨烯晶圓的要求的。

整體結構為單晶、整體無褶皺、整體超潔淨、雜質含量低於0.0001%。

這些是基礎屬性，除此之外，韓元還檢測了這塊石墨烯單晶材料的界面導熱率、導電率等一系列的東西。

通過檢測，可以從顯示屏上的數據看到，這塊石墨烯的載流子遷移率達到了160000 m2·V 1·s 1。

相比較之下，單晶矽的載流子遷移率一般都在2500-3500 m2·V 1·s 1之間。

載流子遷移率，是指固體物理學中用於描述金屬或半導體內部電子，在電場作用下移動快慢程度的物理量。

這是一個物理屬性，並不需要了解它的原理，但要知道這個物理屬性對於晶片的影響。

第一，載流子遷移率和載流子濃度一起決定半導體材料的電導率（電阻率的倒數）的大小。

第二，它影響器件的工作頻率。

很多人應該都聽說過晶片的『超頻』，特別是一些個人電腦愛好者。

超頻指的是把一個電子配件的時脈速度提升至高於廠方所定的速度運作，從而提升性能的方法。

通過超頻，可以讓電腦的性能更加優秀。

比如英特爾系列的酷睿i系列CPU，通過超頻手段能做到跨級別性能對比。

同代的i3處理器，在超頻下，性能堪比同代i5，甚至超越。

但超頻有一個壞處，它就跟人體長時間高負荷的勞動一樣，容易累到累進醫院。

所以對於晶片的壽命有很大的影響。

而石墨烯單晶材料的優越性，在這一方面體現的淋漓盡致。

正因為石墨烯具有如此高的載流子遷移率，使得其可應用於超高頻器件，使得THz成為可能（矽基晶片無論再怎麼提升，其高頻也只能做到GHz級別）。

如在典型的100 nm通道石墨烯電晶體中，載流子在源漏之間傳輸只需要0.1 ps。

除此之外，這一份石墨烯單晶材料的熱導率為3800 W/（m·K），是目前人工合成可用於電子器件中最高的。

相比之下，單晶矽的熱導率只有250W/（m·K），兩者之間的差距有多大，一眼就能看出來。

而高熱導率，對於大功率器件的界面散熱作用顯著，畢竟熱量能及時傳遞出去。

這能夠提高器件效率、延長器件壽命，有望用於集成電路的熱管理。

無論是高載流子遷移率還是高熱導率，都可以看出石墨烯單晶材料的優秀性能。

這是矽基晶片無可比擬的。

當然，有性能優異的地方，自然就有性能低下的地方。

石墨烯單晶材料的超高電子載流子遷移率來源於它本身缺乏固有帶隙性。

而缺乏固有帶隙限制了石墨烯在邏輯電路中的應用。

其實這一點相當容易理解，在石墨烯中運行的電子，就好像在高速公路上運行的汽車一樣，一座座的收費站，是電子的開關，它引導每一顆電子前往的位置。

而石墨烯單晶材料，是一條比矽基晶片更加寬廣的高速公路，但這條高速公路上沒有收費站。

這導致在上面行駛的汽車，也就是電子，可以隨意亂跑。

這是碳基晶片中使用石墨烯材料作為晶圓時必須要解決的一個重要難題。

對於這個難題，現實各國的做法是在石墨烯晶圓底下附加一層單晶矽或者碳化矽晶材。

從而做到實現帶隙功能。

但這種方式有個較大的缺點，那就是無論使用單晶矽還是碳化矽晶材作為基底，都會影響晶片整體的運行效率。

不是哪一種材料都有石墨烯單晶這麼高的載流子遷移率和熱導率的。

即便是超高純度的碳化矽晶材，在這兩方面的效率都遠低於石墨烯單晶材料。

後面韓元同樣也要解決石墨烯單晶材料帶隙的問題，他使用的方法，也是這種。

這條路，其實是對的，只不過各國並沒有找到的合適的材料而已。

或者說，他們找到了適合的材料，但是做不到將那種材料作為基底附著在石墨烯單晶晶圓上