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IBM的研究人員日前證實(shí)了一種全新的碳納米技術(shù)，為商用化芯片制造鋪平了道路。據(jù)表示研究人員將10,000個(gè)碳納米管晶體管放置在一顆芯片上，朝未來取代硅芯片之路跨出了第一步。 許多人認(rèn)為，總有一天，碳納米管將全面取代硅芯片在半導(dǎo)體技術(shù)中的地位，進(jìn)而持續(xù)微縮芯片尺寸。科學(xué)家們表示，碳納米管擁有比硅芯片更具吸引力的電氣性能，特別是它還可用于構(gòu)建僅包含幾十個(gè)原子的納米級晶體管元件。 IBM的研究人員將超過10,000個(gè)碳納米管晶體管放在單一芯片上，而且是使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造。根據(jù)IBM的說法，在此之前，科學(xué)家們就已經(jīng)能夠?qū)?shù)百個(gè)碳納米管元件放在芯片上，但仍不夠應(yīng)付商業(yè)化的應(yīng)用需求。 IBM表示，這種新方法將能在特定基板位置上放置大量碳納米管晶體管，以制造商用化電路。最終，IBM還表示，未來的商用化芯片還將整合超過10億個(gè)納米管晶體管。 “開發(fā)碳納米管晶體管的動(dòng)機(jī)，是因?yàn)樗鼈兊某叽鐦O小，遠(yuǎn)超越任何其他柀料所制成的晶體管，”IBM Research物理科學(xué)總監(jiān)Supratik Guha表示。“但挑戰(zhàn)也很大，像是必須解決諸如超高純度的碳納米管，以及如何在納米級尺寸良好放置的問題。我們在兩方面都取得了良好進(jìn)展。” 全世界的科學(xué)家們都正通過碳納米管探索跨越積體電路、能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換、生物醫(yī)學(xué)感測和DNA定序等不同應(yīng)用領(lǐng)域。 可靠性、毒性問題 然而，科學(xué)界也提出了有關(guān)碳納米管的可靠性和潛在毒性問題。去年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(National Institute of Standards and Technology)在一份報(bào)告中指出，碳納米管元件的可靠性將會(huì)是一個(gè)重要問題。由半導(dǎo)體研究組織(Semiconductor Research Corp.)在去年進(jìn)行的一項(xiàng)研究則指出碳納米管不具毒性的，但其他的研究則聲稱已發(fā)現(xiàn)毒性存在。 IBM承認(rèn)，要讓碳納米管成為商業(yè)化技術(shù)仍充滿挑戰(zhàn)，包括設(shè)備的純度以及如何準(zhǔn)確放置這些微小元件在內(nèi)。碳納米管本身便混合了金屬和半導(dǎo)體，而且必須被精確放置在晶圓表面上才能制造出電路。 在實(shí)際制造過程中，必須徹底清除納米管的金屬部份，以防止電路錯(cuò)誤。針對未來的大規(guī)模整合，關(guān)鍵點(diǎn)則在于能否控制碳納米管元件在基板上的取向和位置，IBM表示。 為了克服這些障礙，IBM的研究人員開發(fā)了一種以離子交換化學(xué)(ion-exchange chemistry)為基礎(chǔ)的方法，能實(shí)現(xiàn)更精確，而且能控制碳納米管在基板上以高密度整齊排列，讓這些被放置的獨(dú)立碳納米管達(dá)到每平方公分10億個(gè)的密度，IBM說。 在該制程中，研究人員將碳納米管與表面活性劑(一種肥皂)加以混合。由兩種氧化物組成、帶有溝槽的基板，其組成主要是化學(xué)改質(zhì)的氧化鉿和氧化硅，它被浸入到碳納米管溶液中，碳納米管經(jīng)由化學(xué)鍵附著到氧化鉿區(qū)域，但其他他表面則維持凈空。 
將單原子薄片的碳卷起形成碳納米管，這要比一根頭發(fā)還小10,000倍，可用于開發(fā)芯片上的晶體管。 來源：IBM Research/Flickr link 業(yè)界普遍認(rèn)為，硅晶體管已經(jīng)逼近其物理限制了。許多人也都認(rèn)為，基于硅的晶體管在未來不可能持續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體的微縮。 而由單一原子碳薄片卷成的碳納米管，可形成晶體管元件的核心，它能以和當(dāng)前硅晶體管類似的方法運(yùn)作，但性能更好。今年稍早，IBM的研究人員還展示了分子級尺寸──小于10nm的碳納米管晶體管，已具備極佳的開關(guān)速度。 |
