IBM新型碳納米管芯片：單芯片上制造上萬晶體管

11月4 日消息，美國 IBM 公司使用標(biāo)準(zhǔn)的主流半導(dǎo)體工藝，將一萬多個碳納米管打造的晶體管精確放置在了一顆芯片內(nèi)，并且通過了測試。

多年來，我們的芯片都根據(jù)摩爾定律發(fā)展：從以前的微米單位到現(xiàn)在的納米單位，從以往的 90 納米到 65 納米到現(xiàn)在的 32 納米。但隨著工藝的加強(qiáng)，良品率逐漸降低，而且難以再提升，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，以便延續(xù)摩爾定律，而 IBM 邁進(jìn)了第一步。

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 的成果表明，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)性芯片需要集成數(shù)以幾十億晶體管。

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，最終得以在單個芯片上制造上萬個晶體管。

1. 碳納米管溶液

在這種黑色溶液中，IBM 放入了碳納米管(碳納米管是由碳元素構(gòu)成的一個中空管狀結(jié)構(gòu)，直徑在幾納米至幾十納米之間，長度可達(dá)數(shù)微米)。IBM 公司于 10 月 28 日宣布，其研究人員已經(jīng)找到了一種將碳納米管精確地放置在電腦芯片上的方法。這項(xiàng)新技術(shù)增加了碳納米管在未來替代硅晶體管的可能性。

2. 碳納米管模型

沒有端蓋的碳納米管模型。

3. 排列在氧化鉿溝槽中的碳納米管

這個計算機(jī)模型顯示了碳納米管是怎樣在暴露的二氧化鉿溝槽中與一種特殊料材涂層相結(jié)合的。

4. IBM 碳納米管安置示范

圖中的暗線是碳納米管，它們有時會被置于溝槽中，但也并不總是如此。IBM 放置碳納米管的準(zhǔn)確度越高，它們就越有可能被用在計算機(jī)芯片的半導(dǎo)體器件中。IBM 目前放置碳納米的管密度為每平方厘米 1 億個。

5. IBM 碳納米管的測試芯片

圖中非常黯淡的黑線是跨越兩個電觸點(diǎn)間隙的碳納米管。 IBM 努力做到在每一個溝槽中放置一根碳納米管。

6. IBM 碳納米管自組裝技術(shù)

IBM 的制造工藝通過化學(xué)膠合將碳納米管與暴露的二氧化鉿溝槽連結(jié)。

7. 碳納米管的二氧化鉿親和力

IBM 的硅晶片上面有兩個表面——二氧化鉿和二氧化硅。這幅特寫照片顯示了只與二氧化鉿結(jié)合的碳納米管。

8. IBM 碳納米管芯片晶圓

IBM 的研究員 Hongsik Park 正在檢查一個放置了碳納米管的芯片晶圓。