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碳IC時代不遠? 美科學家製作出4吋石墨烯晶圓片

上網時間: 2010年02月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:晶圓片  石墨烯   

下一代的半導體元件可能是利用而非材料,美國賓州大學的研究人員聲稱,已成功製造出可生產純碳半導體元件的4吋(100mm)石墨烯(graphene)晶圓片

賓州大學光電材料中心(Electro-Optics Center Materials,EOC)的研究人員指出,他們所開發的製程能生產出速度比矽晶片快100~1,000倍的石墨烯晶片,此外也能用以製造敏感度更高的感測器、電子元件、顯示器、太陽能電池與氫(hydrogen)儲存設備。

石墨烯是碳的結晶型,會自組裝(self-assembles)為適合製作電子元件的二維六角陣列(hexagonal arrays);但可惜的是,若利用傳統的沉積技術將碳長成1吋以上的薄片(sheet)時,該種材料又會變質成不規則的石墨烯結構。

而賓州大學EOC的研究人員David Snyder與Randy Cavalero則表示,他們用一種稱為矽昇華(silicon sublimation)的方法解決了以上問題;這種方法是以加熱的方式,將碳化矽(silicon carbide)晶圓片上的矽去除,留下純石墨烯。

4吋石墨烯晶圓片
4吋石墨烯晶圓可包含約7萬5,000顆元件以及測試結構;右上方的小圖是每顆晶片的放大

該研究團隊的技術利用了氣相傳導爐(vapor transport furnace),激化矽從晶圓片的表面遷移,留下1~2個原子厚度的石墨烯薄膜;雖然過去也有人嚐試過以矽昇華方法來製造石墨烯,但EOC是第一個利用該製程生產出4吋晶圓片的團隊。

贊助上述研究的美國海軍水面作戰中心(Naval Surface Warfare Center),正與EOC研究人員合作開發超高頻RF電晶體;EOC材料科學家Joshua Robinson已經利用石墨烯製作出該元件的初期原型,接下來研究團隊的目標是製造速度比矽電晶體快一百倍的石墨烯電晶體。

EOC還有另一個研究團隊則正試圖改善非昇華技術,以製作出8吋石墨烯晶圓片,也就是目前大多數矽晶圓廠設備所支援的標準尺寸。

(參考原文: Graphene wafers ready to fab carbon chips,by R. Colin Johnson)





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