第四百一十六章：軌道雜化-石墨烯間隙問題（1/2）

用於光蝕碳基晶片的光刻機組裝完成，需要的基礎材料也都有了，接下來要做什麼自然不言而喻。

直播間裡面的絕大部分觀眾對後面的事情都很期待，希冀著碳基晶片的到來。

至於為什麼說是絕大部分而不是全部，那自然是群眾間有壞人啊

模擬空間內，韓元在高標準的淨潔無塵化學實驗室中處理著製造碳基晶片用的石墨烯單晶晶圓材料。

有了石墨烯單晶晶圓材料並不代表著碳基晶片就十拿九穩了。

超高純度的石墨烯單晶晶圓只是製造碳基晶片的最基礎材料，除此之外, 還有碳納米管、高純度碳化矽晶材這些都是需要附屬上去的。

就像矽基晶片的單晶矽一樣，石墨烯單晶雖然性能優異，但因為本書屬於單晶級材料，也是需要進行摻雜其他離子材料進行製造相應的P、N類半導體。

這一步無論是在矽基晶片上還是碳基晶片上都必不可免。

當然，給石墨烯單晶晶圓進行摻雜的手法和摻雜的離子材料和單晶矽肯定是不同的。

碳和矽，這兩種材料都屬於碳族元素，而且兩者最外層都有四個電子，兩元素有著非常相似價層電子組態, 區別在於內核的質子數與外層電子數不同。

碳的核內有6個質子, 矽的核內有14個質子。

碳的電子數目是6個，分兩層，裡層2個，外層4個。

而矽的電子數目是14個，分三層，裡層2個，中間層8個，外層4個。

質子和電子數目不同，這導致了它們的成鍵性質不同，也導致了它們在面對不同材料時成鍵軌道、性質以及對應的鍵能量級不同。

用一句比較容易理解的話來說，那就是碳原子在對面各種其他原子的時候，能形成比矽更加穩化合物。

碳原子與碳原子之間、碳原子和其他原子之間形成共價鍵，鍵能大，化合物較穩定，所以在自然界能形成種類繁多的化合物。

這也是為什麼在地球上，明明是矽在地殼中含量僅次於氧，遠比碳多, 但自然界中矽元素的化合物種類卻沒有碳元素的化合物種類多原因。

因為矽的化合物沒有碳的穩定。

而這點, 其實是可以應用到碳基晶片的製造上面的，

應用碳的化合物來製造相應的P、N類半導體，其理論基礎是『軌道雜化理論』。

解決的問題是石墨烯單晶材料的『帶隙』問題。

石墨烯單晶材料的帶隙缺乏，限制了石墨烯在邏輯電路中的應用。

相當於家裡的電燈沒有開關一樣，一直常亮

『軌道雜化理論』是在1931年的時候由米國的化學家鮑林在原子的價鍵理論的基礎上提出的，它屬於現代價鍵理論。

但是它在成鍵能力、分子的空間構型等方面豐富和發展了現代價鍵理論。

所謂的軌道雜化，簡而言之，就是指在形成分子時，由於原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道。

這種軌道重新組合的過程叫雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道。

通過雜化軌道理論形成分子時，一般的材料都會存在激發、雜化和軌道重疊等過程。

比如h4分子的形成過程：碳原子2s軌道中1個電子吸收能量躍遷到2p空軌道上，這個過程稱為激發。

但這個時候各個軌道的能量並不完全相同，於是1個2s軌道和3個2p軌道「混合」起來，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道

然後4個sp3雜化軌道上的電子間相互排斥，使四個雜化軌道指向空間距離最遠的正四面體的四個頂點，碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個h原子的1s軌道形成4個相同的σ鍵，從而形成h4分子。

由於四個-h鍵完全相同, 所以形成的h4分子為正四面體, 鍵角109o28＇。

而之所以要這樣做，好處在於雜化軌道形成的化學鍵的強度更大，體系的能量更低，可以更進一步的提高材料的穩定性。

這種手段應用在石墨烯單晶晶圓材料上，能極為有效的穩定晶圓的性能，彌補石墨烯材料的缺點。

眾所周知，石墨烯材料優點很多，比如在非常薄的情況下具有非常硬的屬性，韌性極高，導電性好等等。

因此它的用途極多，也非常廣泛。

從光學、電學、力學特性，再到材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面都具有相當廣闊的應用前進。

但優異的性能背後自然有著缺點。

除了大規模生產石墨烯非常困難且昂貴外，墨烯與氧氣和熱量（共同）具有很高的反應性。

由於石墨烯具有良好的導熱性能，但其本身並不那麼穩定，儘管後面科學家找了使用CVD這種可以生產大量的石墨烯方法。

但是無法在有氧環境中穩定存在是石墨烯巨大的缺點，包括韓元製備成的石墨烯單晶晶圓材料。

如果它在高溫下與氧氣反應，會導致生成氧化石墨烯，該氧化石墨烯會破壞石墨烯本身的性能，直至失去導電性能。

這對於石墨烯材料來說，可以說是一個致命的缺點了。

畢竟如果使用石墨烯製造成碳基晶片的話，不可能不商業化應用。

而商業化應用，你不可能給每一塊晶片都配備一個無氧環境或者真空環境。

且不說需要耗費的金錢和資源，就對環境要求度極高的晶片這一塊來說，那根本就不實用。

針對這個缺點，各國的專家都在尋找彌補的辦法，但迄今為止，依然沒有什麼穩定有效的彌補方式。

而通過軌道雜化技術，可以有效的彌補這個缺點。

因為雜化後的電子軌道與原來相比在角度分布上更加集中，從而使它在與其他原子的原子軌道成鍵時重疊的程度更大，形成的共價鍵更加牢固。

這樣一來，通過雜化軌道技術處理後的石墨烯材料將不再懼怕有氧和高溫的環境。

當然，雜化軌道技術也不是沒有缺點的。

首先，在1931年提出軌道雜化理論後，這項理論和技術過來接近一百年依舊沒有完全成熟。

儘管目前的雜化軌道技術已經應用到了各種分子化合物上，甚至已經編寫到了初高中化學教材中。

但不可否認的是，無論是理論還是技術，都沒有形成自己的閉環。

目前各國研究中的雜化軌道中還只用了能量最接近的價層軌道，比如有機物中的C原子只用它的2s和2p。

可是單純用兩三個軌道根本不滿足軌道雜化完備基的要求。

本章未完，點選下一頁繼續閱讀。