矽烯(silicene)是矽形成的單原子厚二維蜂巢晶格，結構與石墨烯(graphene)十分相似，但無法像石墨烯般穩定存在空氣中。美國及義大利科學家最近克服矽烯在空氣中降解(degrade)的問題，成功製作出第一個矽烯場效電晶體(FET)。 理論上，矽烯在化學及結構上都比石墨烯更容易操控，其能隙及載子遷移率讓它被看好為具可調性且多功能的電子材料；此外，它與現行的矽基電子平台非常相符，不像石墨烯及其他二維物質都是業界不熟悉的材料。 上述研究團隊的共同指導者德州大學的Deji Akinwande指出，矽烯的自旋-軌道耦合比石墨烯高，因此是更佳的「拓普絕緣體」(topological insulator)候選材料，可用來製作低功率晶片、先進自旋電子及量子計算元件。 科學家雖然已經在特殊的基板如銀晶體上合成矽烯，但此材料不像石墨烯能在空氣中穩定存在，因此無法以傳統濕技術加以轉移。美義團隊以鍍了銀薄膜的雲母(mica)基板取代貴又無不實用的銀基板，並在真空中生長一層氧化鋁來包覆合成的矽烯，防止它在空氣中劣化。 研究人員接著以機械方式分離銀-矽烯-氧化鋁三明治結構，置於氧化矽板上，然後透過選擇性蝕刻在銀層上製作源/汲極，搭配底下的矽做為閘極，便可得到底閘極式電晶體結構。 該小組將他們發明的轉移及製作過程稱為SEDNE (silicene encapsulated delamination with native electrodes)。雖然得到的矽烯電晶體幾分鐘後就開始劣化，但Akinwande認為它可以用來研究該材料的相關物理，例如讓它在半導體、超導體及拓普態之間切換。此外，他也看好透過人為方式調整矽烯的結構，可望讓這種材料原有的小能隙變得更大，這點是無能隙的石墨烯所望塵莫及的。 該團隊計畫仿效石墨烯堆疊成石墨，將單原子厚的矽烯堆疊成二維的矽，以保護底層的矽烯，延長電晶體的壽命。他們也計畫將上述技術應用在其他材料，製作出鍺烯(germanene)及錫烯(stanene)。詳見近期的Nature Nanotechnology | doi:10.1038/nnano.2014.325。 |