第四百一十六章：軌道雜化-石墨烯帶隙問題(第1/3頁)

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。

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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, 還有碳奈米管、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，石墨烯單晶雖然效能優異，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，區別在於核心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。

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‘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，若干不同型別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。

透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ch4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ch4分子。

由於四個ch鍵完全相同，所以形成的ch4分子為正四面體, 鍵角10928＇。

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效能，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。