近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校的材料学家成功研制了1英寸大小碳纳米晶体管，这种晶体管首次在性能上同时超越了硅晶体管和砷化镓晶体管。一时间，材料界炸开了锅，“石墨烯和碳纳米管谁会成为下一代半导体材料？”这一问题再次被激烈谈论。

摩尔定律的终结，这无疑是半导体圈最棘手的事。虽然新的国际半导体技术路线图不再以摩尔定律为目标，并且可能会“超越摩尔”，但研究人员还是各自寻找硅材料的替代者来提升半导体的性能。

一直以来，碳纳米管都被认为是最有可能取代硅的材料之一，这源于它很多优于硅的天然属性。比如电子可以比硅晶体管更轻松地转移，实现更快速的数据传输；具备很好的强度和柔性，可以用来制造柔性显示器和电子设备，经得起拉伸与弯曲......但是，这一切的基础都是建立在高性能碳纳米晶体管上。

然而，制造高性能的碳纳米管晶体管却一直面临着两大技术难题：

一是要达到极高的纯度，因为碳纳米管中的金属杂质会像铜线一样导致设备短路，只有高纯度才能获得高效率。

在碳纳米管制备过程的最后阶段，半导体型碳纳米管会和金属型你中有我，我中有你一般地混在一起。虽然这两种碳纳米管都十分有价值，但是必须分开使用，因为只有纯的碳纳米管（半导体型或者金属型）才能在器件层面得到应用，所以有效的分离技术也就成了碳纳米管走向应用的一个技术难点。

二是精度极高的阵列控制，要将数量众多的碳纳米管塞进指甲盖大小的芯片就必须精确地控制好各个碳纳米管之间的距离。

在这次研究中，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员几乎都轻松解决了这些问题，让碳纳米管晶体管技术得到了飞跃式的发展。

从理论上讲，未来碳纳米晶体管的性能可以比硅高5倍，换言之，如果用在设备中，它的能耗比硅晶体管低5倍。一旦技术真正投入使用，就可以开发出更强大的处理器、让无线通信速度更快、提高便携设备的续航能力。

这样看来，碳纳米管成为下一代半导体材料看起来是板上钉钉的事情，然而，石墨烯的横空出世，让下一代半导体材料似乎又有了悬念。

石墨烯，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。

自从2003年被发现以来，研究者发现它具有优异的强度、导热性和导电性。最后一种性质使得这种材料非常适合用来制作电路中的微小接触点，但最理想是用石墨烯自己制成电子元件——特别是晶体管。

作为半导体，要求材料拥有电子能带隙。常规的石墨烯是没有带隙的——它特殊的波纹状价带和导带实际上是连在一起的，这使得它更像是金属。然而，只有一个原子厚的石墨烯可与其他元素掺杂或复合，从而具有半导体特性。尽管如此，科学家们仍然试图分开价带与导带这两个带。通过把石墨烯制造成奇特的形状，如带状，目前最高可以让带隙达到100meV。

除此之外，石墨烯的电阻率低，比铜和银还低，并且它的电子迁移率很高，用它做晶体管材料，可以大大提升处理器的时钟主频。

然而，这些似乎都不足以支撑石墨烯成为下一个半导体材料的理由。

石墨烯在半导体方面火起来的原因，是因为集成电路想不断的减小，硅芯片做到现在十几个纳米的沟道已经是极限，再想减小大家就从纳米材料上下功夫。石墨烯作为最薄最强韧的材料，加上它又是一个二维结构，做成一个个晶体管后就能组成小规模的集成电路。

总的来说，在半导体产业方面，小编更看好石墨烯的发展。碳纳米管虽然在目前的研究中取得了相应成绩，但长远来看，石墨烯的广泛应用及独特的二维结构，似乎在成为“下一代半导体材料”上更具优势。