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IBM再创奇迹!碳纳米管迈出取代硅第一步
2012-10-29 11:30:03  作者:上方文Q 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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蓝色巨人IBM的科学家们再次展示了他们雄厚的科研实力:历史上第一次,使用标准的主流半导体工艺,将一万多个碳纳米管打造的晶体管精确地放置在了一颗芯片内,并通过了可行性测试。

多年来,人们一直期望找到一种新的材料,可以替代传统芯片中的硅,从而更深入地推进半导体制造工艺,获得更小、更快、更强的计算机芯片,IBM则迈出了用碳纳米管在此领域投入商业化应用的第一步。

作为一种半导体材料,碳纳米管有着很多优于硅的天然属性,特别适合在几千个原子的尺度上建造纳米级晶体管,其中的电子也可以比硅晶体管更轻松地转移,实现更快速的数据传输,纳米管的形状也是在原子尺度上组成晶体管的上佳之选。

IBM的成果证明了,人们可以在预定的基底位置上用大量的碳纳米管晶体管蚀刻集成电路,其中隔离半导体纳米管、在晶圆上放置高密度碳材料设备尤为关键,因为最终商业性芯片是需要集成数以几十亿晶体管的。

在此之前,科学家们只能同时放置最多几百个碳纳米管,远远无法投入商业化。IBM则利用离子交换化学理论研究出了一种全新的方法,能够精确、可控地在基底上按顺序放置大量的碳纳米管,密度达到了每平方厘米大约十亿个,比之前的成果提高了两个数量级。

IBM首先给碳纳米管涂上一种表面活性剂(想象成使之更易溶于水的“肥皂”),然后用化学处理过的氧化铪(HfO2)二氧化硅(SiO2)制作基底,其中沟槽部分使用氧化铪,再将基底放到碳纳米管溶液里,纳米管就会通过化学键附着到氧化铪沟槽里,而基底的其他部分仍然是“干净”的,最终得以在单个芯片上制造上万个晶体管。

由于这种方法兼容标准的半导体制造工艺,大规模拓展和测试也更加简单。

当然了,这仍然是万里长征的第一步,碳纳米管究竟何时能够取代硅,只能慢慢期待了。

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碳纳米管基底的扫描电子显微镜图像(白色尺度条的长度为2微米)

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碳纳米管阵列显微图像:横向间距200纳米,纵向间距500纳米,密度每平方厘米1亿个(白色尺度条400纳米)

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碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)阵列显微图像:碳纳米管间距300纳米

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碳纳米管结构示意图:单个原子层卷起形成,相当于人类头发宽度的千分之一

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给碳纳米管涂上表面活性剂,使之溶于水

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氧化铪和二氧化硅组成的基底:沟槽中的“立柱”是起连接作用的化学键

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基底浸入碳纳米管溶液,通过化学键结合

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碳纳米管阵列形成

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以后的晶圆可能就是这个样子了

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IBM的研究员Hongsik Park (应该是韩国人或者韩裔)

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在化学实验室内观察对比不同的碳纳米管溶液

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碳纳米管溶液

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过滤碳纳米管溶液

IBM再创奇迹:碳纳米管迈出取代硅第一步
以商用半导体工艺测试碳纳米管晶体管

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以商用半导体工艺测试碳纳米管晶体管

 

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