1樓：YUDI TU
先問是不是。就目前的研究情況而言，Graphene（Gr）尚不能稱比Si更適合做電子元件。首先，電子元件的含義十分廣，這裡針對Si，最大的競爭領域莫過於邏輯器件，高SNR的光檢出器。
恰恰是這兩個應用，Gr尚不可能超過Si。
1. 本徵上Gr沒有bandgap（BG）。如果沒有BG，器件就不可能關閉，既無法滿足邏輯器件要求的high on/off ratio，也無法滿足光電器件對暗電流的要求。
儘管有眾多研究致力於製造BG，但工藝之複雜和隨之而來mobility的衰減、功耗上公升，都不能令人滿意。
2. 從合成工藝來說，Gr目前沒有低成本製造無缺陷wafer-scale基板的技術。改良的CVD法依然無法解決defects以及transfer過程中匯入的contamination。
這些會嚴重影響Gr的效能。
3. 從製造工藝上來說，目前的microfabrication並不適合Gr。原因在於photoresist對器件效能的影響，以及超低尺度下top-down process對Gr的edge可能產生無法控制的影響，並最終導致器件效能的降低，和品控的困難。
那麼Gr有沒有較Si的獨特之處？也是有的。Gr由於沒有gap，其吸收帶可延展至遠紅外、THz。
這些光探測器尚有發展空間。其次，Gr的high mobility使得它在高頻器件上，有過人之處。
最後，之前A.G.在報告裡提到：事到如今還認為以Gr一己之力就能推翻現在的Si-base industry，你就是傻子。
2樓：alexmh
多了，石墨烯有太多優越性，使用面很廣，太陽能電池、感測器方面、奈米電子學、高效能納電子器件、複合材料、場發射材料、氣體感測器及能量儲存等範疇具有廣泛的使用。據我了解，其最大的使用就在半導體範疇。不過目前最多的仍是在理論方面，有待於深入研究。
石墨烯在電路規劃有助於處理熱辦理問題，這些問題存在於先進的高速高整合密度晶元中。
石墨烯電路可完成的調製是必需的，否則無法完成相移鍵控（phase shift keying）和頻移鍵控（frequency shift keying），這兩種技能廣泛適用於無線使用範疇，如藍芽、射頻辨認技能和無線個域網（ZigBee），」莫漢拉姆向《奈米工廠》（Nanowerk）雜誌解說說，「關於這樣的使用，慣例規劃所選用的雜亂規劃技能是基於多重單極電晶體，與此比較，我們研發的放大器有許多優越性，結構簡略、寄生性低、高頻寬和較低的功耗。現已獲得的前進是在石墨烯基質薄膜方面，這種薄膜可用於製備通明和可印刷的電子產品，這樣簡略的電路具有高效能和現場裝備功用，這些都必定帶來大規模整合和產業化」。
3樓：來電鈴聲
石墨烯是一種二維晶體。石墨是由一層層以蜂窩狀有序擺放的平面碳原子堆疊而構成的，石墨的層間作用力較弱，很簡單互相剝離，構成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之後，這種只要乙個碳原子厚度的單層就是石墨烯。
4樓：劉楠
石墨烯真的可以代替矽嗎？石墨烯優良的性質不必多說，但是如何保持高載流子遷移率還能有帶隙，這個太具有挑戰性了。或許設計新的電子電路？
我覺得最可及的還是電極材料吧。
5樓：Zeophy
對高票實在不敢苟同。首先，問題本身定義有問題。我覺得正確的問題是石墨烯比單晶矽更適合做深亞奈米尺度下的電晶體，而並非所有的電子元件。
某位大神的回答從固體物理的角度解釋了石墨烯的導電性和結構穩定性，毋庸置疑是正確的。然而良好的導電性並非是使之成為下一代電晶體的候選人的充足理由。我們知道，對於數字積體電路而言，電晶體在電流的控制下或者在電壓控制下是否具有良好的開關特性是我們最為關注的。
也就是說，在電晶體應該更加趨向於乙個理想的開關，也就是說，關閉時，關態的漏電為0。開態時，導通的電阻最小。同時也要要求開關的狀態轉換對稱，過渡時間為0。
寄生的電阻和電容最小，本徵的器件延時為最小。同時，器件的downscaling 是否在我們關心的尺度下可以以恆電場或者準恆電場的規則不斷縮小，也是判斷其效能的標準。而乙個器件越趨於這個上述的理想開關特性，我們就可以放心地說他就是我們需要的電晶體器件。
無論是石墨烯還是碳奈米管還是有機電晶體，只要符合我們在現有工藝可製造性的條件下，具有更理想的開關特性，就可以稱他是單晶矽的替代者。特別是當電晶體的特徵尺度到達10nm以下，單晶矽的柵氧的關態漏電，短溝道效應和窄溝道效應以及光刻技術的侷限，都在成為平面矽技術進一步downscaling的制約因素。因而我們寄希望新的矽技術（如FinFET)和beyond silicon（如鍺矽，砷化鎵，石墨烯，碳奈米管和有機電晶體等）以及新的製造工藝（奈米壓印等）來繼續推動Moore's Law大行其道。
6樓：李紹唐
我來拍磚了，雖然不是專門做石墨烯的，但看到高票江先生的回答不甚贊同，就出來說兩句吧。
首先，題目中的電子元件，特指半導體器件，即電晶體，所給的鏈結中也是用來做電晶體了，不是用來做電阻，不是用來做電容，也不是用來做電介質。
而比矽更適合，其實只是個噱頭，和所謂的第三代半導體一樣，石墨烯有自己的優勢和特點，但談不上更適合。有個老師曾講過，再也找不到比矽更好的半導體材料了，想想看SiO2，這麼豐富的原料，不用擔心資源不夠，會漲價什麼的，並且能夠容易的用熔煉的方法長成大塊無缺陷的矽單晶，而後切割成乙個個十英吋以上的晶圓片，而後用十分簡便成熟的光刻的方法整體進行加工，再切割成乙個個小的晶元。所以現在的晶元可以非常便宜。
傳說中的第二代，第三代半導體，GaAs，Ga2N3，ZnO，特點是直接帶隙不易發熱，另一方面和石墨烯一樣，電子遷移率高。但抱歉，熔煉你們做不了那麼大，用化學氣相沉積的方法（CVD）製備的話，成本太高。
來吐槽頂樓的分析，既然特指半導體，那麼頂樓所講的導電好，結構堅固這兩項其實就不是我們所考慮的，倒是八電子這個思想還是有用的。滿足8電子的半導體不一定要是第四族的單質矽和碳，實際上正常的碳是不行的，金剛石不是半導體，想做PN結的話又很難P型摻雜。那麼其他族的化合物是可以的，包括了剛才提到的GaAs，GaN，ZnO。
若是用於太陽能電池的窄禁帶材料，還可以構建很多，如Cu2S，ZnS，CuInSe2等等。
那麼石墨烯為什麼在半導體方面火起來了呢，那是因為積體電路想不斷的減小，矽晶元做到現在十幾個奈米的溝道已經是極限，那麼再想減小大家就從奈米材料上下功夫，之前的噱頭是碳奈米管，大批的高水平文章就是用碳奈米管手工和其他材料搭一搭有二極體，三極體作用的結構，但想用它做積體電路，那是扯淡，所以碳奈米管這個材料找不到實際有效的應用，至今沒有得諾貝爾獎。而石墨烯呢，和奈米管是天壤之別，雖然它很薄，但可以做的比較大，CVD的方法好像做到邊長10厘公尺都可以（這篇文章裡是用的SiC分解法），而這篇文章文章提到，它還可以用光刻的方法加工成電晶體。而且它又是乙個二維結構，乙個個電晶體最後就能組成小規模的積體電路。
有這個應用前景，所以石墨烯的發現，才能得諾貝爾獎。
很早前的新聞也就是做5個電晶體組成的小電路，後來沒留意了。想跟矽搶飯碗，還早。
7樓：江嘉鍵
現在我們需要篩選出能夠形成三個以上化學鍵的元素。回顧一下我們初中學過的化學知識，原子成鍵需要遵循八耦律，也就是當原子成鍵以後，最外層電子排布為八電子穩定結構。元素週期表第一主族有乙個電子，給出乙個電子後形成穩定結構，所以假定他們能夠形成化學鍵（其實基本上形成的都是離子鍵），也最多只能形成乙個化學鍵；同理，第二主族最多只能形成二個化學鍵。
第三主族,第四主族最多能夠分別形成三個，四個化學鍵。符合我們的條件。
再來看第五主族，因為該族元素最外層有五個電子，意味著只要別的原子和它們分享三個電子，就能夠形成八電子穩定結構。因此，第五族元素最多也能夠形成三個化學鍵，符合我們的要求。
第六主族外層六個電子，所以需要別人和它們分享兩個電子，因此最多只能形成兩個化學鍵，不符合要求；同理第七主族也不符合要求，第八主族本身就是穩定結構，也不符合要求。
經過這樣的篩選，我們就知道製備電子元件只能從第三，第四和第五主族裡面選了。
第二輪篩選開始了，我們需要該種元素製成的電子元件有良好導電性。
我們看第三主族元素，它們只有三個電子，形成三個化學鍵以後，就不會有自由電子了，所以無法具備良好的導電性。第五主族的元素，因為形成三個化學鍵以後就形成了八電子穩定結構，雖然它們五個電子中只有三個和其它三個原子配對成鍵，但剩下的兩個電子也無法自由移動以保持八電子穩定結構。
因此我們排除了第三和第五主族，最後只能指望在第四主族找到我們想要的元素了。
第四主族最多可以形成三個或者四個化學鍵，所以可以形成二維或者三維結構。當形成的是三維結構時，排列如下圖所示：
第四主族最上面的兩種元素：碳和矽都能夠形成以上的晶體結構。其中碳所形成的以上三維結構就叫金剛石（高純度的就是鑽石），矽所形成的就是單晶矽。
金剛石是自然界天然形成的硬度最高的物質，為什麼金剛石硬度比單晶矽要高？這是乙個簡單的化學規律：原子半徑越小，化學鍵越強。
因為碳的原子半徑比矽小，所以金剛石的化學鍵就比單晶矽強。化學鍵越強，就越難被打斷，硬度自然就越高。
但是以上的三維結構同樣有乙個問題，就是裡面沒有自由電子了。這就是為什麼單晶矽導電性能不好的緣故。
那麼如果第四主族元素形成的是二維結構又如何呢？這時它們將會把自己的四個電子中的三個用來成鍵，此時最外層電子數是4+3=7<8，所以是缺電子結構。在這種情況下，原子會想出一種辦法，就是把所有電子拿出來共享，形成一種叫大π鍵的化學鍵，所有參與大π鍵的電子在二維的層結構間自由移動。
因此我們來想象一下，用這種二維層結構組成的材料有什麼性質？首先，這種二維層結構之中的原子形成的是和金剛石類似的化學鍵，所有它們有可以和金剛石媲美的硬度；因為層間有自由電子不斷移動，所以有良好的導電性；因為層內形成的六邊形，以及層間都有很大的空隙（看下圖），所以對光的折射反射作用不強，所以材料會顯得相當透明。
恰好，碳元素天然存在以上的二維結構，我們叫它做石墨。所以我們終於找到能夠製備我們想要的電子元件的元素了。石墨結構如下圖所示： 平面圖截面圖（黃色的就是自由電子）
石墨烯材料就是從以上的石墨中一層一層地取出來的東西。拿諾貝爾物理學獎的那群人想的辦法就是用膠帶反覆地把這些層結構撕下來，就得到了石墨烯材料了。
以上就解釋了石墨烯為什麼強度高，導電性好和透明了。不過石墨烯作為單層原子的結構，更讓科學家感興趣的其實是它們的奈米效應和量子效應。
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