中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在過(guò)去的幾年里，研究人員提出了幾種可以最終替代硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件的材料。一些可能性的選擇都是基于碳納米管（CNT）的電子產(chǎn)品，可以利用多種不同的技術(shù)來(lái)制造碳納米管。

專(zhuān)家預(yù)計(jì)到2020年底，硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的使用將開(kāi)始迅速下降，但還沒(méi)有確定一類(lèi)可以有效維持硅的計(jì)算能力的替代材料。

北京大學(xué)和湘潭大學(xué)的研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，主要研究碳納米管材料在制造電子產(chǎn)品中的潛力。

研究結(jié)果發(fā)表在《自然電子》上，研究人員討論了隨著時(shí)間的流逝，納米管基CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展，同時(shí)重點(diǎn)介紹了電子制造商當(dāng)前可主要采用的一些CNT材料。

彭連茂表示：“ CNT是一種理想的電子材料，可提供其他半導(dǎo)體根本無(wú)法利用的解決方案，尤其是縮小到10 nm以下時(shí)。在這項(xiàng)工作中，我們證明了基于CNT的電子產(chǎn)品有可能大大超越硅技術(shù)（通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明是其十倍的優(yōu)勢(shì)），并且可以使用碳納米管來(lái)構(gòu)建大規(guī)模集成電路（IC）。”

CNT的相關(guān)物理參數(shù)，例如其結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，在電子領(lǐng)域中是眾所周知的。為了有效地探索CNT材料的潛在局限性。彭連茂和同事著重研究這些特定參數(shù)，分析了各個(gè)CNT的性能和質(zhì)量。

結(jié)果表明，在低于10 nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上，CNT晶體管的速度可以比硅晶體管快3倍，能源效率高4倍。

“我們證明，即使使用非常有限的大學(xué)制造設(shè)施，也可以制造出許多性能優(yōu)于硅晶體管的晶體管，這表明芯片行業(yè)可以在目前的速度下前進(jìn)數(shù)十年�！�

這項(xiàng)研究結(jié)果提供了進(jìn)一步的證據(jù)，表明CNT晶體管是當(dāng)前硅CMOS器件的可行且理想的替代方案。在分析中，研究人員還強(qiáng)調(diào)了迄今為止已開(kāi)發(fā)的中規(guī)模集成電路的一些優(yōu)缺點(diǎn)，以及當(dāng)前阻礙其大規(guī)模實(shí)施的挑戰(zhàn)。

開(kāi)發(fā)具有新型3-D芯片結(jié)構(gòu)的集成電路（IC）可以進(jìn)一步提高CNT材料的性能，使其強(qiáng)度提高數(shù)百倍。他們的分析和其他研究小組收集的先前研究結(jié)果最終表明，CNT技術(shù)有可能在后摩爾時(shí)代提供更強(qiáng)大，更節(jié)能的芯片技術(shù)。

目前我國(guó)可以在單個(gè)CNT上制造很少的超強(qiáng)大晶體管，但不能制造非常復(fù)雜的IC。另一方面，我們可以使用CNT薄膜在三個(gè)維度上構(gòu)建具有超過(guò)10k晶體管的CNT基IC，但性能卻非常有限。

未來(lái)需要結(jié)合兩個(gè)研究方向，以構(gòu)建高性能的大型使用CNT膜的大規(guī)模集成電路，其性能超過(guò)了硅芯片技術(shù)。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/漫道）

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