硅集成电路的进入10 nm以后，硅微电子技术将受到来自物理，技术和经济三个方面的限制和挑战。改变沟道材料，由过去的硅改为其它沟道材料，为的都是增加电子或是空穴的迁移率。

由于石墨烯的高迁移率及单原子层结构特点，石墨烯被认为可能是取代硅材料的下一代微电子材料。二维结构的石墨烯中低杂质浓度导致电子的高速弹道传输，从而使之可用于电子的快速回应开关。随着电子器件的小型化，低于50 nm的纳米电子器件的要求使石墨烯成为理想的候选材料。但是，值得注意的事，作为微电子输运材料，我们是靠栅极电压来控制材料的导电性，控制开关功能，而石墨烯零带隙的特性，使其导电性无法像传统的硅基半导体材料一样因为电压的变化而有明显变化，因此石墨烯在逻辑电路上的应用仍有些困难。

课题组历时七年潜心研究，采用特定原子原位替代碳原子的方法制备出半导体石墨烯，并对石墨烯进行了Raman、STM、NMR、ESR表征，结果发现石墨烯中均匀掺入了能够使石墨烯呈现P型与N型半导体特征的特定元素，成功打开带隙，并进行了电学性能表征。

                                                  

图1  石墨烯的拉曼光谱图 图2  P型石墨烯半导体输出曲线

课题组所制备的半导体石墨烯场效应管的空穴迁移率为10800 cm2/V·s。在硅材料中，电子的迁移率为1350cm2/V·s，而空穴的迁移率仅为480cm2/V·s。研发的特殊方法可以得到具有不同半导体类型的石墨烯，进行晶圆级别半导体石墨烯的量产，利用现有硅芯片产业技术进行石墨烯芯片的制备。下图为课题组所制备的半导体石墨烯晶圆，可以实现2英寸、4英寸、8英寸及12英寸的半导体石墨烯的规模化生产。

图3  实验室制备的2英寸、4英寸半导体石墨烯晶圆