第四百一十七章：碳基芯片的离子掺杂

轨道杂化理论的出现，让各国都动起来了。

相关专业甚至是理论化学、分子化学这些必修轨道杂化课程的人才被紧急召集，参与到这个直播中来进行学习。

这个被认为最少还需要十年甚至是二十年才能完善的理论现在就要用到是谁都没有想到的。

不过按照正常的发展，其实各国的预测并没有太大的问题。

韩元是深入学习过轨道杂化理论的，他知道这门课程中相关知识含量的多少以及学习起来的难度。

毫不夸张的说，如果是他在没有得到这个系统之前去学习这门课程的话，100分的试卷, 他都拿不到十分。

学这玩意，就跟学数学一样。

全靠天赋，会就是会，不会就是不会。

尽管这东西是有机化学的基础，甚至是化学的基础理论之一，但实际上这东西属于前期容易, 后期极难的科目。

而且如果仅仅是用来打基础的话，要学的东西并不难。

不过越过基础后，需要学习的东西难度就上了n个档次。

不仅需要数学基础, 还需要物理基础。

而且随着晶体场、配位场、分子轨道和前线分子轨道这些和轨道杂化有关的理论提出，一个深入学习轨道杂化技术的学者需要的学习的东西是其他化学课程的数倍以上。

.......

实验室中，韩元一边处理着手中的石墨烯单晶晶圆，一边讲解着通过‘轨道杂化技术’进行n/p极掺杂的注意事项。

“石墨烯单晶材料制成的晶圆在处理手段上和单晶硅晶圆类似，都是通过离子注入手段往里面掺入对应的离子来制造不同的n/p极，进而改变搀杂区的导电方式，使每个晶体管可以通、断、或携带数据。”

“当然，两者进行掺杂时，使用的离子是不同的。”

“硅基芯片在进行离子掺杂时，常见的是磷和硼这两种离子，当然也有镓、砷、铝和其它一些元素。”

“这需要根据芯片的不同用途，甚至蚀刻的电路图不同来进行选择。”

“而碳基芯片使用的掺杂离子则非上述这些，它使用的是一种金属离子。”

韩元顿了顿，看了眼摄像头吊了一下观众胃口，然后才接着道：

“碳基芯片使用的掺杂离子是‘金属银离子’以及‘硅离子’。”

银和硅？

直播间里面蹲守学习的各国专家在听到韩元的话语后一愣，随即立刻思索起来。

银和硅这里两种材料都是非常常见的, 硅就不用多说，它本身就是制造硅基芯片以及各种硅半导体的基础原材料。

至于银, 除了生活中常见于各种首饰和装饰品外，它更大的用途其实是工业。

银的物理和化学性质都相当稳定，导热、导电性能很好，质地相当柔软，极具延展性，其反光率极高，可达99%以上，有许多重要用途。

比如银常用来制作灵敏度极高的物理仪器元件，各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统。

所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的。

在使用期间，每个接触点要工作上百万次，必须耐磨且性能可靠，能承受严格的工作要求。

而银完全能满足种种要求。

如果在银中加入稀土元素，性能就更加优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点，寿命可以延长好几倍。

除此之外，在感光材料，化学化工材料、杀菌材料等方面也都有相当广泛的用途。

比如摄影胶卷、相纸、x-光胶片、荧光信息记录片、电子显微镜照相软片和印刷胶片就应用了大量的氯化银。

这是种性能相当优异的材料。

而随着韩元的解释，各国的专家也恍然明白为什么石墨烯单晶晶圆中要使用银离子来进行掺杂。

原因有两个。

第一个是银离子在通过离子注入手段渗入到石墨烯单晶晶圆里面后，会掺杂在碳晶格里面，进而提升搀杂区的导电方式。

就如硅基芯片中进行掺杂磷、硼这些离子一样。

原理一样，只不过的是, 石墨烯单晶材料的性质和单晶硅晶圆的性质完全不同。

第二个也是更重要一个是，单质银离子在通过离子注入机注入到石墨烯单晶材料里面后，通过特定的条件，会形成碳化银离子。

在正常情况下，银是不会和碳反应的，即便是反应了，也会生成银化碳，化学表达式为ag2c2。

也就是说碳原子和银原子并不是直接结合的，或者说，此时这两种元素甚至都没有以标准的原子形式存在，更接近于一种离子化合物。

这种银碳形成的离子化合物，除了用来制造银碳复合材料水溶液制备电化学电容外，并没有太大的用途。

除了ag2c2（碳化银）外，还有一种碳纳米管—银复合纳米材料，但那并不是发化合物，甚至都不是离子化合结构，仅仅是人工加工出来的物品，对于石墨烯单晶晶圆的加工并没有什么意义。

这次韩元使用银离子来给石墨烯单晶晶圆进行离子掺杂，其整个过程中使用了轨道杂化技术。

通过计算，可以在一定的温度、压强以及其辅助催化材料的作用下，银离子会和石墨烯单晶中的一部分碳原子进行杂化。

在这个过程中，碳原子可以利用它的s轨道和p轨道通过杂化作用和银离子形成σ键。

除此之外，碳原子还能利用剩余的p轨道进行互相叠加，通过pπ-pπ相互作用形成多重键。

在σ键以及pπ-pπ相互作用形成多重键的作用下，形成碳银杂化轨道离子会与其他未参与作用的碳原子牢牢结合，稳定石墨烯单晶晶圆，为石墨烯单晶晶圆提供一定性能的耐热能力，以及加强石墨烯单晶材料的导电性能。

这就是银离子注入后的基本用途。

至于硅离子的用途，那就更简单了。

如果说银离子的注入，一部分作用可以理解为将高速公路修的更宽敞更平稳，让电子在上面奔跑更加安全的话；那么硅离子的注入，就是给这条高速公路修了收费站。

它控制着电子这辆车该去哪里，不该去哪里。

别忘记了石墨烯单晶材料虽然优秀，但它本身是有一个致命缺点的。

那就是石墨烯的带隙问题。

这个问题对于碳基芯片来说可是超级致命级别的缺点。

就好像全国的高速公路没有出入口，没有收费站一样，所有的汽车（电子）会在上面到处乱串。

高纯度的碳化硅晶材本身就是一种性能相当优异的半导体材料。

而硅离子注入到石墨烯单晶材料中后，会与里面的碳原子形成稳定的碳化硅结构。

和掺杂银离子一样，通过特殊手段，碳原子可以利用它的s轨道和p轨道通过杂化作用和硅离子形成σ键，也能在pπ-pπ相互作用形成多重键，起到稳定石墨烯单晶晶圆的作用。

除此之外，硅离子因为本身电子的特性，它除了碳原子具备的s轨道和p轨道外，还多出来一个d轨道。