基于二维锑原子晶体的场效应晶体管(2)
由于对于性能的要求持续提高，FET的特征尺寸也不断变小。特征尺寸的变小可以减小其通道长度，即降低了通道的等效电阻。可以降低栅极电容，提高反应速率。而且特征尺寸的减小可以使设备变小，减低成本。但是特征尺寸的减小也带来了一系列生产上的困难，如栅极氧化层的不断变薄导致氧化层击穿概率大大增加，为此必须减小栅极电压，但这又减小了器件的开关比。晶体管的切换速度与栅极电容有关。但是当栅极电容尺寸变小而减少，晶体管之间连接的金属导线间寄生电容就会变得不可忽略，对栅极电容产生干扰，导致切换速度的降低，导致芯片效率的降低。当同一芯片上的晶体管数量达到一定规模后，其发热量也将大幅增加。高温可能会导致晶体管切换速度受到影响，或是导致可靠度与寿命的问题。当晶体管元件越来越小，生产过程中误差导致器件性能受到影响的可能就大幅提升，为此不得不采用严格的无尘环境等手段防止器件的不良率的上升，导致了成本的上升。
但是晶体管的尺寸减小是大势所趋，为了解决以上所说的困难，必须研究新的材料与工艺。
1.1 二文材料的发展
从2004年单层石墨烯的存在被发现以来，人们一直在对二文晶体材料的性质进行探索和发掘，并且不断寻找新的二文材料以得到更优异的性能。目前已经发现的二文晶体材料主要有石墨烯、硫化物、黑磷等，锑也是一种最新发现的二文晶体材料。
1.1.1 石墨烯
英国科学家Geim等人在2004年通过胶带不断剥离的方法第一次得到了第一片单层石墨烯（Graphene），这也是人类第一次在室温条件下得到稳定的二文晶体材料1。
这是一种由碳原子组成的吹冰边形连续排列构成的二文结构，有单层和多层（3~10层）的区分。石墨烯通过卷曲和重叠可以得到富勒烯、碳纳米管和石墨等碳的同素异形体。
石墨烯是一种半金属材料，由于其特殊的原子结构和电子键的存在，其电子迁移率在常温下即超过15000cm2/Vs，是硅的十倍以上。而电阻率仅为10-6Ωcm，与室温下电阻率最低的金属材料银相近，表明其电阻率非常低。但大面积石墨烯是一种零带隙材料，使得石墨烯晶体管无法通过控制栅极电压使其关闭2，所以在实际使用中必须采取一定措施打开其禁带。
通过近些年的不断研究，目前已有多种方式可以制备石墨烯。
机械剥离法：制备石墨烯最早使用的方法即是机械剥离法。Geim等人将石墨片黏在特制的胶带上，通过反复撕开最终得到单层的石墨烯1。这种方法非常简单，所得石墨烯晶体结构也比较完整。但是效率较低，所得石墨烯尺寸不大，位置随机分布，无法控制。
化学剥离法：通过氧化反应增大石墨片层之间的距离，使其层间相互作用的范德华力减小，然后通过超声震荡或快速膨胀使氧化石墨层彼此分离得到氧化石墨烯，再通过还原反应得到石墨烯3。化学剥离法可以有效制造宏量石墨烯，但氧化还原反应以及超声震荡会造成晶格结构的缺陷，因此这种方法制造的石墨烯导电性较差。
碳化硅外延生长法：将碳化硅置于超高真空条件下，将其加热到很高温度，使碳化硅表面的硅原子挥发，剩下的碳原子位置经过重新排布得到石墨烯4。这种方法可以得到大面积高质量的石墨烯，但碳化硅单晶价格很高，且制备所需环境严苛，并且制备所得的石墨烯难以转移，所以碳化硅外延生长法适用范围较小，只有在制备以碳化硅为衬底的高质量石墨烯器件时比较合适。
CVD法：以甲烷等含碳物质作为碳源，使其在基底表面发生化学反应，生成石墨烯。在20世纪70年代已经有人使用CVD法制造石墨烯5-6，当时一般使用Ni作为基底。随后使用Co、Pt、Pd、Ir、Ru等作为基底在低压和高真空环境中也制造出了石墨烯7。2009年， J．Kong研究组8和B．H．Hong研究组9以镀上多晶镍膜的硅片为基底，生长出大面积少层石墨烯并将其完整转移下来。CVD法工艺成熟，成本较低，是目前比较经常使用的生产石墨烯的方法。
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