文 献 综 述
- 研究背景
单层石墨烯是一种纯二维材料。它的晶格由正六边形组成，每个角上都有一个碳原子。相邻碳原子之间的键长Lb为1.42Aring;，晶格常数a为2.46Aring;。关于这种材料的第一份报告出现在几十年前，甚至早在石墨烯这个名字被创造出来之前，但曼彻斯特小组2004年的开创性论文却引发了人们对这种材料的兴趣。自2004 年 Andre Geim和Konstantin Novoselov首次成功分离出以来，石墨烯受到了广泛的关注[1]。
目前，制备石墨烯最常用的方法是机械剥离、在金属上生长以及随后石墨烯转移到绝缘衬底上，以及对SiC进行热分解以在SiC晶片上产生所谓的外延石墨烯。剥离法在实验室中仍然很流行，但它不适合电子工业，而另外两种方法：晶体外延生长法、碳纳米管剖开法，都有可能生产晶圆级石墨烯。在制备石墨烯之后，可以应用流行的半导体加工技术（如光刻、金属化和蚀刻）来制造石墨烯晶体管[3]。
大面积石墨烯是一种带隙为零的半金属材料。它的价带和导带呈锥形，在布里渊区的K点处相交。由于带隙为零，具有由大面积石墨烯制成的沟道的器件不能关闭，因此不适合逻辑应用。然而，石墨烯的能带结构可以改变，可以通过三种方式打开带隙：通过一维约束大面积石墨烯形成石墨烯纳米带，通过偏压双层石墨烯和对石墨烯施加应变。
双层石墨烯也是无间隙的，其价带和导带在K点附近呈抛物线形状。如果垂直于双层施加电场，带隙就会打开，靠近K点的带呈所谓的墨西哥帽状。理论预测了这一开口，并在实验中得到了验证。理论研究还表明，带隙的大小取决于垂直场的强度，对于高场（1-3）times;10V·cm-1能达到200-250meV [7] 。
大面积单层外延石墨烯的带隙是目前争论的焦点。虽然有些结果表明带隙为零，但另一些结果表明带隙约为0.25eV。外延石墨烯MOSFETs的传输特性没有关断现象，表明其禁带为零。然而，对于外延双层石墨烯，始终观察到带隙。
因此，尽管有许多技术可以在石墨烯中打开带隙[7]，但它们目前都离适合在实际应用中使用还有一段距离。
目前对石墨烯的电学性能已经做了许多研究，如电子基本特性、载流子迁移率等，并且在石墨烯电子器件方面的研究也取得了极大进展。值得指出的是，石墨烯电学特性的研究仍处于初级阶段，其相关电学性能的研究还有巨大的发展空间[12]。
- 国内外研究现状
石墨烯的制备目前主要分为物理方法以及化学方法，物理方法有微机械剥离法、液相或气相直接剥离法、印章转移、超薄切片；化学方法有化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、氧化还原法、晶体外延生长法、碳纳米管剖开法、电化学法等其他方法[8]。
石墨烯基电子器件目前发展的也极为迅速，石墨烯场效应管（GFET）在2010年2月，IBM公司已制造出室温工作的100GHz晶体管，其速度性能已经与除GaAs外的任何晶体管媲美，而他们下一目标是实现1THz的石墨烯晶体管制作[18]，石墨烯纳米带场效应管（GNRFETs）目前制作的方法很多，关键工艺之一是腐蚀石墨烯片；石墨烯单电子晶体管（SET）也在2007年，英国曼切斯特大学研制成功，其芯片即使在室温下也可以完全夹断，具有良好的晶体管特性；石墨烯基高电子迁移率晶体管（HEMT）目前也已经实验模拟，经研究其可能将工作频率拓展到太赫兹频段。
