摩尔定律“继续”。
长期以来，硅一直是半导体行业取之不尽用之不竭的基础材料，现在我们根本无法想象没有硅基芯片的生活。
硅基半导体时代的迭代基本遵循“摩尔定律”，但随着时间的流逝，摩尔定律的失败变得不可避免。 1965年，英特尔创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）在《电子》杂志上表示，每平方英寸硅晶圆的晶体管数量每12个月就会翻一番，这是摩尔定律的前身; 十年后，摩尔将集成电路翻倍的时间从12个月调整为24个月; 最后一个准确的时间表被设定为“每 18 个月翻一番”。
半个世纪以来，摩尔定律引领了半导体产业的快速发展，台积电现在甚至征服了2nm工艺。 不过，半导体行业也需要尊重物理定律，即芯片不能无限缩小，摩尔定律迟早会被逼到最后。
业界的共识是，当硅基芯片触及10nm以下时，会受到材料、器件等的限制，芯片会出现量子隧穿引起的漏电效应和短沟道效应等问题——换句话说，电流不容易控制，容易出错，电流控制误差， 那么如何表示 0 和 1 呢？
为了延续和扩展摩尔定律，满足新时代的算力需求，业界开始探索新型半导体材料的可能性。 同样丰富的碳基材料也受到关注。
在所有碳基材料中，石墨烯半导体的研究和应用可能更值得关注。 不久前，天津大学马教授团队和佐治亚理工学院Walter de Heer教授团队宣布研制出世界上第一个由石墨烯材料制成的功能半导体。 这意味着，在石墨烯材料诞生20年后，半导体领域终于实现了从0到1的突破。
为什么石墨烯作为一种“神奇材料”，适合集成电路行业？ 又是什么阻碍了石墨烯半导体的应用呢？ 这要从石墨烯的材料特性说起。
魔法材料的阿喀琉斯之踵
2004年，来自曼彻斯特大学和切尔诺戈洛夫卡微电子技术研究所的两个物理团队合作，以一种粗糙但有效的方式创造了一种石墨烯材料——使用文具店里可以找到的胶带，将其折叠并粘贴在石墨片的两面，然后将其撕开，再次粘贴， 将其撕裂，重复该过程，直到它由仅由一层碳原子组成的全新材料组成。
这一发现不仅为两位科学家带来了诺贝尔物理学奖，也开辟了材料科学的新方向：二维材料。 石墨虽然“软弱”，但石墨烯具有完全不同的品质，比如透明，比钢硬，导电性比铜银多，导热性是顶级......已知材料
二维材料石墨烯
这些令人着迷的材料品质是石墨烯更适合晶体管和电线的原因。 复旦大学物理系教授张元波曾解释，硅就像一个海绵球，因为它的表面总是与氧气反应生成氧化硅，所以制作的晶体管不能无限小，会影响性能; 另一方面，石墨烯是由单层碳原子组成的薄片石墨，但尽管它很薄，但它仍然保持稳定，因为它不与外界发生反应。
从理论上讲，如果你用石墨烯制造晶体管，你可以让电子在芯片水平上真正按照自己的方式发展，而不会相互干扰。 同时，作为一种非常好的热电材料，它可以将余热转化为电能，还可以更好的散热，从而提高芯片的稳定性和寿命。 从制造的角度来看，碳基芯片的生产过程不需要高温高压，更不用说更小更轻的芯片了，我们也可以获得比现有硅基芯片更高的计算速度。
然而，理论永远是一个理想化的表述，石墨烯和自然界中的任何生物一样，都不会是完美的。 石墨烯在半导体中最致命的缺点是没有“带隙”。
从金属到半导体，硬质制造？
“带隙”又称带隙或能隙，是指固体材料中价带（电子能量较低的能带）和导带（电子能较高的能带）之间的能量分离。 如果带隙小或不存在，那么电子在室温下可以直接从价带跳到导带，这种固体会表现出良好的导电性，这就是我们归类为金属的材料; 如果带隙大，电子难以从价带跳到导带，则固体表现出绝缘性，这种固体称为“绝缘体”; 如果带隙适中，它可以在某些外部条件下导电，但在其他条件下则不导电，这就是我们常说的“半导体”。
合格的半导体受到外界的刺激，激发的电子会从一个能带跳到另一个能带，可以有效地打开和关闭电流，从而控制导电开关，并在数字计算机中使用0和1创建二进制系统。 先前的研究发现，石墨烯是一种零带隙材料，石墨烯片上的褶皱、丘和孔洞会对电流产生不寻常的影响，导致其在费米能级的电导率不会像普通半导体那样下降到零，而是达到最小值。 这意味着它不能像硅一样通过通电和断电来表示0和1，也不能制成晶体管。
上述中美研究团队联合研发的石墨烯功能半导体的最大价值在于，它们打开了石墨烯的能量缺口。
从该团队发表在《自然》杂志上的**中，我们可以大致了解这种能量差距是如何出现的。 研究人员利用硅原子与碳原子相比的高蒸发速率来加热碳化硅晶圆; 硅蒸发后，在晶体表面留下石墨烯多层。
这种石墨烯多层的第一层是绝缘的“外延石墨烯”层，相当于在碳化硅晶体上“生长”的一层石墨烯，它与晶体上的碳原子键合。 原子之间的相互作用使这层外延石墨烯的能带产生**，并产生能带隙。
研究人员表示，石墨烯半导体的移动性是碳化硅的10倍。 迁移率越高，控制电流开关的晶体管速度越快，开关速度可以更快、更高效，“这就像在碎石路上行驶和在高速公路上行驶的区别。
虽然已经迈出了实际应用的第一步，但从其他新材料的经验来看，石墨烯半导体才能真正进入千家万户还需要10到20年的时间，毕竟硅要渗透到各个领域，还需要一百年的时间。