點石成金　由「煤炭」製成的2D電子設備

編譯／高晟鈞

煤炭是一種古代植物在腐敗分解直接被掩埋於地底後形成的一種產物。世界上產煤的前三名國家分別為中國、美國與印度。

然而，儘管燃燒煤炭可以產生大量能量，卻也導致了嚴重的氣候變遷與環境破壞。隨著許多國家轉向再生能源的研究，考慮與重新評估煤炭的經濟作用變得非常重要。

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意外適合2D電子產品

相信許多人對於煤炭的印象不外乎，體積大、摸完手會髒髒的等。然而，來自伊利諾大學的實驗室與台積電組成的研究團隊，成功利用特出加工技術，將煤炭轉化為只有幾個原子厚的高純度材料。

雖然超薄半導體已經被廣泛研究與討論，但原子級厚度的絕緣體對於建構電晶體和憶阻器等電子設備也同樣重要。而具有無序原子結構的原子薄層碳可以作為建構二維裝置的優良絕緣體。

這項研究打破了我們的刻板印象，成功將我們普遍認為是低技術含量的東西成功與尖端電子技術相結合。

電晶體電介質

研究團隊使用煤衍生的碳層作為石墨烯基與二硫化鉬半金屬建構的二維電晶體的閘極電介質。他們成功將元件的運行速度提高兩倍以上，並降低能耗。與其他原子薄材料一樣，煤衍生的碳層不具有「懸空鍵」或與化學鍵無關的電子。

憶阻絲

另一個煤炭可能的應用便是憶阻器（用於儲存和操作資料的電子元件）。憶阻器使用調製導電絲來儲存與表現數據，其導電絲便是由一對電極之間的電化學反應形成，而中間則需要用絕緣體隔開。

研究人員發現，當使用超薄煤炭層做為絕緣體時，可以在低能耗的情況下快速形成這種細絲，以低功耗實現裝置的高運作速度。此外，這些煤衍生的碳層中的原子尺寸環限制了燈絲，以增強可重複的設備操作，從而增強資料儲存的保真度和可靠性。

目前研究團隊正致力於實現此類設備的大規模製造，開發可以在工業環境中實施的煤炭絕緣體。

資料來源：Techxplore

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