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2016會是碳奈米管電晶體年?

上網時間: 2015年12月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:碳奈米管  CNT  石墨烯  厚子薄層  3D晶片 

自從NEC研究人員飯島澄男(Sumio Iijima )在1991年首度發現碳奈米管(CNT)後,這方面的研究一直持續進展。他形容碳奈米管是繼石墨稀、鑽石以及富勒烯(fullerenes;巴克球Buckyballs)之後碳的第四種形式。基本上,碳奈米管可視為捲成管狀的石墨烯原子薄層,並穩定維持1.2nm的直徑。

碳奈米管由於在室溫下的電遷移率超過每秒100,000-cm2//V,比標準矽晶片每稍1,400-cm2//V的電遷移更快70倍,因而幾乎馬上就能確定可用於取代矽電晶體中的通道。

研究人員試圖採用各種不同的方法在矽電晶體的源極與汲極上佈置預先製作的碳奈米管,其次是在源極與汲極頂部放置晶種,使其得以在固定位置進行生長。從2002-2015年,全球各地的實驗室持續各種嘗試,但仍無法成功放置預製的碳奈米管。


美國喬治亞理工學院博士後研究員Wenzhuo Wu(左)與教授王中林教授(右)展示高透光、可彎曲與拉伸、極輕且幾乎透明的MoS2壓電半導體,是一種可用於取代矽的神奇材料。
(來源:Rob Felt,Georgia Tech)

碳奈米管易於以機械方式製造,但遺憾的是有些是金屬而非半導體——由於其偏光性——使其必須找到一種方法,移除可能導致電晶體發生故障的金屬類型。目前已經成功開發出2種方法了,一種是提前進行分類,另一種則是在施加高壓脈衝後燒燬金屬。


史丹佛大學展示的3D晶片以標準過孔方式連接4層電路,最底層是標準CMOS,最上層是碳奈米管邏輯電晶體,中間2夾層是RRAM
(來源:Stanford University,Mitra/Wong Lab)

一旦這個問題解決了,還有最後一個問題是如何把他們安置在理想的位置,就像在矽晶基底上的通道一樣。研究人員們起初只是隨機擺放,但成效不大,直到2015年,IBM成功發表一種在源極與汲極放置碳奈米管的自對準方法。


圖中顯示具有一端鍵合觸點的碳奈米管電晶體,其觸點長度低於10nm
(來源:IBM Research)


穿透式電子顯微鏡(TEM)影像橫截面顯示具有一端鍵合觸點的碳奈米管電晶體
(來源:IBM Research)

石墨烯研究人員從來不曾放棄希望——事實上,德州儀器(Texas Instruments)現在能夠生長晶圓級石墨烯了;此外,根據Lux Research的資料,中國目前正主導全球石墨烯和奈米管了的製造。

Lux Research分析師Zhun Ma指出:「中國碳奈米管供應商累積的現有產能已經能夠滿足2015年以前所預期的全球市場需求量了。」但在2016年,這一巨大需求將超過中國所能供應的產能,因此,這是2016之所以會是碳奈米管電晶體年的另一個理由。

編譯:Susan Hong

(參考原文:2016: Year of the Nanotube Transistor?,by R. Colin Johnson)





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