IBM公司擬在2020年前實現(xiàn)碳奈米管電晶體(CNT)
奈米管電晶體專家IBM院士Phaedon Avouris最近從電漿與光子學(xué)方面找到了探索的新方向。奈米管研究團隊則由紐約Yorktown Heights華生研究實驗室的Wilfried Haensch帶領(lǐng)。Haensch正面臨著同樣一直困擾Avouris的問題——如何將這種不可思議的微小元件導(dǎo)入電晶體通道。在IBM分子組裝與元件部門總監(jiān)James Hannon的協(xié)助下，Haensch找到了幾種新方法。
源極和汲極覆蓋碳奈米管通道，并由相同的本地閘極控制。
其中一種的新想法是在一個電晶體通道中使用多個碳奈米管，而不是只依賴于單一碳奈米管來實現(xiàn)部份工作。在進行模擬作業(yè)時，研究人員們以8nm間距平行排列了6個1.4nm寬與30nm長的奈米管。兩端嵌入于碳奈米管的源極與汲極，并在堆疊底部留下懸浮于閘電極上的10nm通道。接下來的模擬作業(yè)將以化學(xué)方式標注基底與奈米管使其準確對齊，然后再蝕除化學(xué)材料完成最終晶片—— IBM Power7 。
Haensch認為：「六管元件結(jié)構(gòu)來自于塑造整個微處理器性能的最佳化過程，在此模擬作業(yè)中所實現(xiàn)的是IBM Power7晶片。最佳化器改變了元件的布局，包括布線以及預(yù)測系統(tǒng)的性能?！?BR>
由于國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖(ITRS)要求必須在2019年達到5nm節(jié)點，因此，IBM公司設(shè)定的目標是在2020年以前實現(xiàn)碳奈米管電晶體(CNT)。
IBM最近制作出具有多達10,000個 CNT 的電路。根據(jù)該設(shè)計的模擬作業(yè)預(yù)測，其性能可較矽晶更快5倍。
Haensch指出：「該元件每通道可整合5-6個約1.4nm的 CNT 。直徑的選擇根據(jù)所需的能隙而定。為了實現(xiàn)超越矽晶的性能優(yōu)勢，元件必須做得更小。根據(jù)該模式顯示我們需要約8nm的奈米管間距(CNT-CNT的距離)。通道(或閘極)長度(Lg)約為10nm，源極(S)與汲極(D)觸點則約為10nm長。LBG是指本地底部閘極。即控制通道傳導(dǎo)的電極。我們已經(jīng)以不到10nm通道長度打造元件了，由于圖案形成方法的限制，很難達到10nm CNT 間距的要求，但我們所發(fā)布的結(jié)果則采用了200nm CNT 間距。我們還打造出具有2 、3、4、6個CNT的多 CNT 元件。正如預(yù)期的電流較大，但由于通道中多CNT的平均效應(yīng)，使得元件的可變性降低。」
根據(jù)Haensch表示，目前還必須克服幾項障礙，才能符合2020年的最后期限，其中最重要的是分離金屬奈米管中的半導(dǎo)體，但這個問題從二十多年前起就一直無法解決。
Haensch說：「成功實現(xiàn) CNT VLSI 技術(shù)的主要障礙在于碳奈米管的純度與位置控制。為了解決這兩項挑戰(zhàn)，IBM在以化學(xué)標記定義的晶圓預(yù)定位置上沈積高純度的碳奈米管。這種方式由于消除了金屬 CNT ，使得隨機特性明顯降低，更有利于控制整個晶圓上的CNT分布?！?BR>
IBM致力于達到2020年最后期限的目標，但也坦承必須克服所有的主要障礙，才能使計劃持續(xù)至2020年以后。屆時，其他如自旋電子學(xué)等目前還不夠成熟的技術(shù)，也可望超越碳奈米管的研究。
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