碳纳米管“弯道超车”

IBM开创碳纳米管迈出取代硅第一步

2012-10-30 14:02 佚名 驱动之家 我要评论(0) 字号：T | T


人们一直期望找到一种新的材料，可以替代传统芯片中的硅，从而更深入地推进半导体制造工艺，IBM的成果证明了，人们可以在预定的基底位置上用大量的碳纳米管晶体管蚀刻集成电路，其中隔离半导体纳米管、在晶圆上放置高密度碳材料设备尤为关键，因为最终商业性芯片是需要集成数以几十亿晶体管的。


蓝色巨人IBM的科学家们再次展示了他们雄厚的科研实力：历史上第一次，使用标准的主流半导体工艺，将一万多个碳纳米管打造的晶体管精确地放置在了一颗芯片内，并通过了可行性测试。
多年来，人们一直期望找到一种新的材料，可以替代传统芯片中的硅，从而更深入地推进半导体制造工艺，获得更小、更快、更强的计算机芯片，IBM则迈出了用碳纳米管在此领域投入商业化应用的第一步。
作为一种半导体材料，碳纳米管有着很多优于硅的天然属性，特别适合在几千个原子的尺度上建造纳米级晶体管，其中的电子也可以比硅晶体管更轻松地转移，实现更快速的数据传输，纳米管的形状也是在原子尺度上组成晶体管的上佳之选。
IBM的成果证明了，人们可以在预定的基底位置上用大量的碳纳米管晶体管蚀刻集成电路，其中隔离半导体纳米管、在晶圆上放置高密度碳材料设备尤为关键，因为最终商业性芯片是需要集成数以几十亿晶体管的。
在此之前，科学家们只能同时放置最多几百个碳纳米管，远远无法投入商业化。IBM则利用离子交换化学理论研究出了一种全新的方法，能够精确、可控地在基底上按顺序放置大量的碳纳米管，密度达到了每平方厘米大约十亿个，比之前的成果提高了两个数量级。
IBM首先给碳纳米管涂上一种表面活性剂(想象成使之更易溶于水的“肥皂”)，然后用化学处理过的氧化铪(HfO2)和二氧化硅(SiO2)制作基底，其中沟槽部分使用氧化铪，再将基底放到碳纳米管溶液里，纳米管就会通过化学键附着到氧化铪沟槽里，而基底的其他部分仍然是“干净”的，最终得以在单个芯片上制造上万个晶体管。
由于这种方法兼容标准的半导体制造工艺，大规模拓展和测试也更加简单。
当然了，这仍然是万里长征的第一步，碳纳米管究竟何时能够取代硅，只能慢慢期待了。




2017-03-07

1月20日，顶级科学杂志《Nature》刊登了北京大学教授彭练矛和物理电子学研究所副所长张志勇课题组在碳纳米管电子学领域取得的世界级突破：首次制备出5纳米栅长高性能碳纳米管晶体管，并证明其性能超越同等尺寸硅基CMOS场效应晶体管，将晶体管性能推至理论极致。

1月20日，顶级科学杂志《Nature》刊登了北京大学教授彭练矛和物理电子学研究所副所长张志勇课题组在碳纳米管电子学领域取得的世界级突破：首次制备出5纳米栅长高性能碳纳米管晶体管，并证明其性能超越同等尺寸硅基CMOS场效应晶体管，将晶体管性能推至理论极致。





彭练矛-张志勇团队实现首个千兆赫兹 碳纳米管集成电路

2017-12-15 11:30

技术集成电路芯片遵从摩尔定律，通过缩减晶体管尺寸，不断提升性能和集成度，成本得以降低；然而，进一步发展却受到来自物理极限、功耗和制造成本的限制，需要采用新兴信息器件技术支撑未来电子学的发展。碳纳米管被认为是构建亚10nm晶体管的理想材料；理论和实验研究均表明相较硅基器件而言，其具有5～10倍的本征速度和功耗优势，性能接近由量子测不准原理所决定的电子开关的极限，有望满足后摩尔时代集成电路的发展需求。但是，由于寄生效应较大，实际制备的碳管集成电路工作频率较低（一般在兆赫兹以下，1MHz=106Hz），比硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的工作频率（千兆赫兹，即吉赫兹，1GHz=103MHz=109Hz）低几个数量级。在国际商业机器公司（IBM）研究人员2017年8月发表的基于碳管阵列的环形振荡器的研究工作中，振荡频率达282MHz，仍远远低于预期。因此，大幅度提升碳纳米管集成电路的工作频率成为发展碳纳米管电子学的重要挑战。
北京大学信息科学技术学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室彭练矛教授-张志勇教授团队在碳纳米管电子学领域潜心研究十几年，发展了一整套碳管CMOS技术，前期已实现亚10nm CMOS器件以及中等规模集成电路。日前，他们通过对碳管材料、器件结构/工艺和电路版图的优化，在世界上首次实现工作在千兆赫兹频率的碳管集成电路，有力推动了碳纳米管电子学的发展。








弯道超车，国内媒体的脸到底啥材质的？