在今年8月召開(kāi)的“全球IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì )）國際芯片導線(xiàn)技術(shù)會(huì )議”上，IMEC（歐洲微電子研究中心）提出了四種延續摩爾定律、打破2nm芯片物理極限的方法。這幾種方法無(wú)一不是建立在了使用“石墨烯材料”的基礎之上。經(jīng)過(guò)討論，專(zhuān)家組最終達成一致，將石墨烯定位下一代新型半導體材料，將碳基芯片定義為下一個(gè)芯片時(shí)代的主流。
以石墨烯為代表的碳基二維材料自發(fā)現以來(lái)受到了廣泛關(guān)注。然而，石墨烯的零帶隙半導體性質(zhì)嚴重限制了其在微電子器件領(lǐng)域的應用。
針對該情況，中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所研究人員等自2013年開(kāi)展新型碳基二維半導體材料的制備研究，2014年1月成功制備了由碳和氮原子構成的類(lèi)石墨烯蜂窩狀無(wú)孔有序結構半導體C3N單層材料，并發(fā)現該材料在電子注入后產(chǎn)生的鐵磁長(cháng)程序。
C3N晶格結構及氫化后鐵磁長(cháng)程序
從結構圖可以看出原本C原子構成的六邊形全部被N原子分隔開(kāi)。C3N的成功合成彌補了石墨烯無(wú)帶隙的缺憾，為碳基納米材料在微電子器件的應用提供了新的選擇，并引起廣泛關(guān)注。
研究人員于2016年初步實(shí)現AA'及AB'堆垛雙層C3N的制備。在此基礎上，他們與華東師范大學(xué)研究員袁清紅團隊通過(guò)近5年努力，借助實(shí)驗技術(shù)與理論研究，在雙層C3N的帶隙性質(zhì)、輸運性質(zhì)等研究領(lǐng)域取得突破，進(jìn)一步證明雙層C3N在納米電子學(xué)等領(lǐng)域的重要應用潛力。
該工作證明了通過(guò)控制堆垛方式實(shí)現雙層C3N從半導體到金屬性轉變的可行性。
與本征帶隙為1.23 eV的單層C3N相比，雙層C3N的帶隙大致可以分為三種：接近金屬性的AA和AA'堆垛、帶隙比單層減少將近30%的AB和AB'堆垛、與單層帶隙相近的雙層摩爾堆垛。
AA'（a-c）及AB'（d-f）堆垛雙層C3N的HAADF-STEM圖像
上述工作是C3N材料實(shí)驗與理論研究的重要突破，為進(jìn)一步構建新型全碳微電子器件提供了支撐。
然而，相比于目前研究已經(jīng)比較成熟的石墨烯，C3N的研究起步較晚，該材料的基本物性研究仍有大量空白有待填補。
