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【研究进展】碳纳米管晶体管接近商业化生产

12月16日 12:00 分享到:

碳纳米管场效应晶体管(CNFET)比硅场效应晶体管更节能,可用于构建新型的三维微处理器。但直到现在,它们大多存在于学术实验室中,只少量制作用于学术实验用。

美国麻省理工学院的研究团队使CNFET商业化生产接近现实,CNFET的制备可使用与制造硅基晶体管相同的设备。

研究团队分析了用于制造CNFET的沉积技术之后,进行了一些改进,与传统方法相比,将制造过程加快了1100多倍,同时还降低了生产成本。该技术将碳纳米管边对边沉积在晶圆上,14400×14400的阵列CFNET分布在多个晶圆上。

几十年来,基于硅的晶体管制造技术的改进带来了价格的下降和计算效率的提高。但是这一趋势可能已经接近尾声,因为越来越多封装到集成电路中的晶体管似乎并没有以历史上的速度提高效率。CNFET是一种有吸引力的替代技术,比硅基晶体管能效高出一个数量级。

与在450-500左右的温度下制造的硅基晶体管不同,CNFET还可在接近室温的温度下制造。这意味着可以在先前制造的电路层之上直接构建电路层,以创建三维芯片。这种三维芯片不能用硅技术来做,因为会熔化下面的层。逻辑和存储功能结合在一起的3D计算机芯片,有望比最新硅制2D芯片性能高几个数量级。

在实验室中构建CNFET的最有效方法之一是纳米管沉积法,将晶圆浸入纳米管溶液中,直到纳米管粘在晶圆表面。CNFET的性能很大程度上取决于沉积工艺,它影响着晶圆表面上碳纳米管的数量和取向。在CNFET中完美的纳米管阵列可产生理想的性能,但很难获得。通过对沉积过程的仔细观察研究,研究人员发现干式循环,一种间歇性地干燥浸泡晶圆的方法,可以将沉积时间从48小时大幅缩短到150秒。此外,通过新的蒸发浓缩方法(artificial concentration through evaporationACE)可将少量的纳米管溶液沉积在晶圆上,而不是将晶圆浸泡在槽中,溶液的缓慢蒸发增加了碳纳米管的浓度和沉积在晶圆上的纳米管的总体密度。

研究人员与商业硅制造厂和半导体铸造厂合作,使用改进的方法制造CNFET。研究人员下一步工作将在工业环境中用CNFET构建不同类型的集成电路,并探索3D芯片可以提供的一些新功能。

相关研究工作发表在Nature Electronics

 

                                     中科院武汉文献情报中心供稿