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功耗更低、速度更快 矽材料遇對手

上網時間: 2007年03月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:graphene  二維材料  電晶體  材料科學  石墨片 

英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的研究人員與德國Max Planck Institute的研究人員,一起開發出採用一種新型材料、只有一個原子厚、不到50個原子寬的電晶體。這種被稱為石墨片(grapheme)的物質據稱是一種二維(two-dimensional)材料,具有極高的晶體和電子特性,在凝聚物理學(condensed matter physics)和電子學中擁有許多潛在應用。

研究人員在《Nature Materials》期刊中透露,這種電晶體由一種新型的碳同素異形體(carbon allotrope)組成,適用於製造「一次只允許一個電子通過」的高速產品。值得一提的是,這種電晶體可在室溫下工作,適用於製造未來的電子元件。

該研究團隊由曼徹斯特介觀科學與奈米科技研究中心(Manchester Centre for Mesoscience and Nanotechnology)教授Andre Geim領導,他認為未來的電子電路可能只包括一層石墨片材料。這種電路可能包括中央元素(central element,或稱量子點quantum dot),以及控制單電子、連接(interconnects)和邏輯閘(logic gate)運動的半透明屏障(semitransparent barriers),完全採用石墨片。

Geim透露,其研究小組已經製造出了概念驗證產品,而將這種技術轉移到其他領域非常容易,真正的挑戰在於使這種薄膜成本低廉及適合大量應用。研究人員並指出,石墨片薄膜最終可能替代,因為石墨電晶體效能更高、更快而功耗更低。電晶體不僅非常小,用於開啟和關閉的電壓非常低,因而非常敏感,被視為目前的晶片電晶體低耗電替代品。

研究人員補充,過去製造單電子電晶體(single-electron transistor)的嘗試,大多是採用標準的半導體材料,需要冷卻到接近絕對零度才能使用,而石墨片單電子電晶體在室溫下就可運作工作。不過這種材料還有待透過未來獨特蝕刻技術的研發,才能產出可真正運作的晶片。

Geim認為,採用石墨片的電路大概要到2025年之後才會出現,在此之前矽晶片還是會佔據主導地位。研究人員表示,該技術已經從毫米製程及電晶體發展到目前的10奈米級微處理器,下一步就將使真正的奈米級電路。

(參考原文:Graphene transistor to rival silicon, say researchers)

(John Walko)




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