自从第一个晶体管发明以来(1946–1947年间)，人类很快在固态电子领域找到各种应用。硅晶半导体堪称是一个幸运且长寿的发明，在近代社会中，除了电灯、汽车和电话之外，很少有发明能对人类产生如此重大且深远的影响。自从 1940 年末以来，人类开始倚赖晶体管至今，其情况是日益显著而且“一日千里”。使用者不会察觉到，但是科学研究人员早就有先见之明，明了这种一日千里的需求，当然是对半导体工业极高的推崇，但是同时也是逼迫硅晶半导体科技早日走上绝路的推动力。当今的半导体产业协会(semiconductor industrial association)有一张科技蓝图，其中有一部分，预计在 5–10年内使用的技术至今仍属空白，但其中应会有一半以上在这段时期内可以得到解决，另一部分则以取代方式或根本放弃原有想法而另外寻找思考方向来解决。这些科技解决方案的发展、来龙去脉可称为20世纪末期延伸至21世纪初期科技发展的“伊利亚德”(长篇史诗)。
近日一则消息是关于ibm最近的发现，一种所谓纳米碳管“carbon nano-tube”(简称 cnt)，不但具有半导体特性，而且具有比当前ic小 10,000 倍的尺寸。这对全球学术界、科技界及工业界造成了一股震撼。硅晶体电子组件，到了20世纪末的发展速度极为惊人，其集成电路的密度，每12个月即增加一倍左右，以这种惊人的速度，在未来10年、20年内，硅晶体组件将会到达其物理极限，届时人类的电子科技是否将完全停顿？这似乎不太可能，因此固态物理学者尽其所能寻找硅晶体的取代物。ibm 最近所发展的纳米碳管是属碳族，在周期表上与硅 (silicon) 和锗 (germanium) 为同一族，而其排列顺序依次为碳 (c)、硅 (si)、锗 (ge)、锡 (sn)、铅 (pb)，而以碳原子居首位。
自从 20世纪80 年代，固态物理学系即对于将碳原子制成半导体组件充满了兴趣，因为碳原子与硅和锗为同一族元素，化学特性上非常相近，而且在组件发展的最早期的历史中，第一个晶体管是以锗材料制成，但由于硅晶体具有多项比锗晶体优异的特性，晶体管的材料在短短的一、两年内，立即由锗转换成硅，继而成为往后集成电路的主流，但是锗并非一无是处。读者或许注意到，最近几年来发展非常快速的硅锗 (sige) 合金组件已在先进国家成为另一支半导体组件新技术。sige 因 si 与 ge 之间存在能隙差 (energy band gap difference)，如果巧妙利用这种能隙差的关系，用非常精密的磊晶技术，将 si 和 ge 之间以相间的晶体层排列，则可以达到所谓的heterojunction bipolan transistor (hbt) 结构。具有这种结构的半导体组件，若设计得宜，可以用于高频、超高频或微波范围内的信号放大器。目前 sige 的使用频率应以蓝牙(blue tooth)的2.5 ghz 标准为主流，未来应可达到更高频的应用。半个世纪以来，硅晶体对于半导体的贡献及应用是世人有目共睹的，而半个世纪之前的第一个晶体管是以锗材料制成，若称其为本世纪最重要的发明也不为过，该发明的三位科学家 bardeen、brattain 和 shocklery 共同分享了 1947年的诺贝尔物理奖。
到了21世纪的今天，当硅晶体对于集成电路的应用似乎已被推至极限时，sige 合金结构的实时推出，暂时缓和了技术上穷途末路的窘状，与硅锗居于同一族的碳自然成为各家考虑的焦点。碳 (carbon) 位居周期表第六元素，可具有多种面貌。炭黑 (carbon black)是一维空间长链型的碳结构。碳黑或有机碳源如甲烷 (ch4)或乙烷 (c2h2)，加热至 800-900有可能转化成石墨 (graphite)，此为六面体，具有二维空间的平面晶体结构，各平面之间只以凡德瓦兰力结合，因此层与层之间非常容易剥落。石墨具有优良的金属特性、属优良导体，若非其层次结构，石墨的六角形实为非常坚强的晶体结构。除了炭黑以及石墨之外，碳原子的第三种结构即为其最有名的钻石结构，这种结构是一种三维空间的立体结构，为至今全世界最坚硬的材料结构。钻石中碳的 s 原子轨道与三个p轨道，结合而成一个复合的 sp3 立体结构，因此形成坚强的键结，而石墨之中 s 键结与两个p键结合成 sp2 结构。而最重要的一点是，目前最重要的半导体材料——硅晶体所具有的是 sp3 的钻石结构，因而固态物理学家最先想得到的是与硅晶体具有相同结构且为同一族的 sp3 钻石晶体。钻石与其它的两种结构sp1的炭黑和 sp2 的石墨根本不同在哪里？在密度、在排列、在形成的条件。其中以 sp3 的钻石密度最高，石墨次之，而炭黑居末；而形成的条件以炭黑最容易，石墨次之，必须在具控制条件的密闭容器中方可形成，钻石最困难。有名的 general electric (ge) 在一千多度的高温下加上数千个大气压，可以利用碳为原料合成工业用钻石，这是因为碳的相图(phase diagram) 显示高温、高压有利于 sp2 的石墨结构转化成 sp3 的钻石结构，理论是如此显示，而技
