IBM再創(chuàng)奇跡碳納米管邁出取代硅第一步

2012-10-29 17:39 驅(qū)動之家

藍(lán)色巨人IBM的科學(xué)家們再次展示了他們雄厚的科研實(shí)力：歷史上第一次，使用標(biāo)準(zhǔn)的主流半導(dǎo)體工藝，將一萬多個(gè)碳納米管打造的晶體管精確地放置在了一顆芯片內(nèi)，并通過了可行性測試。

多年來，人們一直期望找到一種新的材料，可以替代傳統(tǒng)芯片中的硅，從而更深入地推進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝，獲得更小、更快、更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)芯片，IBM則邁出了用碳納米管在此領(lǐng)域投入商業(yè)化應(yīng)用的第一步。

作為一種半導(dǎo)體材料，碳納米管有著很多優(yōu)于硅的天然屬性，特別適合在幾千個(gè)原子的尺度上建造納米級晶體管，其中的電子也可以比硅晶體管更輕松地轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸，納米管的形狀也是在原子尺度上組成晶體管的上佳之選。

IBM的成果證明了，人們可以在預(yù)定的基底位置上用大量的碳納米管晶體管蝕刻集成電路，其中隔離半導(dǎo)體納米管、在晶圓上放置高密度碳材料設(shè)備尤為關(guān)鍵，因?yàn)樽罱K商業(yè)性芯片是需要集成數(shù)以幾十億晶體管的。

在此之前，科學(xué)家們只能同時(shí)放置最多幾百個(gè)碳納米管，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法投入商業(yè)化。IBM則利用離子交換化學(xué)理論研究出了一種全新的方法，能夠精確、可控地在基底上按順序放置大量的碳納米管，密度達(dá)到了每平方厘米大約十億個(gè)，比之前的成果提高了兩個(gè)數(shù)量級。

IBM首先給碳納米管涂上一種表面活性劑(想象成使之更易溶于水的“肥皂”)，然后用化學(xué)處理過的氧化鉿(HfO2)和二氧化硅(SiO2)制作基底，其中溝槽部分使用氧化鉿，再將基底放到碳納米管溶液里，納米管就會通過化學(xué)鍵附著到氧化鉿溝槽里，而基底的其他部分仍然是“干凈”的，最終得以在單個(gè)芯片上制造上萬個(gè)晶體管。

由于這種方法兼容標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝，大規(guī)模拓展和測試也更加簡單。

當(dāng)然了，這仍然是萬里長征的第一步，碳納米管究竟何時(shí)能夠取代硅，只能慢慢期待了。

碳納米管基底的掃描電子顯微鏡圖像(白色尺度條的長度為2微米)