碳納米晶體管

 北京時間9月6日消息，芯片制造商現在面臨一定的困難，它們要用更小的制程制造更快的CPU，正因如此，芯片企業已經開始尋找“硅”的替代品，比如碳納米管，最近，碳納米管技術取得了重要突破。

美國威斯康星大學（University of Wisconsin-Madison）的科學家最近宣布，他們成功開發出碳納米晶體管，其性能大大超越現有的硅晶體管，它所通過的電量比晶體管高了1.9倍。科學家表示，碳納米管晶體管超越硅晶體管，這還是第一次。

最近，碳納米管內存已經走出實驗室，開始投入生產，這是一個振奮人心的消息，如果美國威斯康星大學的研究能夠推廣，NRAM內存就可以與碳納米管CPU搭配使用。

要校準納米管在圓晶上的位置、保證其純度是一大挑戰，威斯康星大學在這方面取得了重大進展。研究人員稱，消除金屬雜質是一大關鍵，因為它會破壞碳納米管的半導體性能。項目主管邁克爾·阿諾德（Michael Arnold）指出：“我們發現在某些特定條件下幾乎不會形成金屬納米管，金屬納米管出現的機率只有0.01%。”

從理論上講，未來碳納米晶體管的性能可以比硅高5倍，換言之，如果用在設備中，它的能耗比硅晶體管低5倍。一旦技術真正投入使用，就可以開發出更強大的處理器、讓無線通信速度更快、提高便攜設備的續航能力。阿諾德評價稱：“制造碳納米晶體管，讓它的性能超越硅晶體管，這是一個重大的里程碑。將碳納米管用于邏輯、高速通信及其它半導體電子技術是長遠目標，碳納米晶體管的性能取得突破，這是通往目標的關鍵一步。”

當然，科學家的工作并沒有結束，他們需要改進技術，使之可以用于商業生產。IBM曾經表示，在2020年左右我們可能就會看到碳納米管CPU。由于碳納米管更具彈性，它可以用在各種柔性、可伸縮電子產品中。在內存方面，富士通最近宣布，如果進展順利將于2018年推出碳納米管NRAM。

摩爾定律快要失效，為了增加晶體管密度，半導體企業面臨無數的挑戰。硅晶體管開始向極限接近，材料科學變得越來越重要。半導體產業一致認為，硅晶體管的制程最低可以達到5納米左右，研究人員必須向新材料投資，用來替代硅。碳納米管很有希望，但是它已經在實驗室沉寂了幾十年，因為碳納米管的應用面臨著技術和經濟上的挑戰。盡管如此，碳納米管的研究仍然在繼續。

到底什么是碳納米管？簡單來說，碳納米管是由碳層（一層只有一個原子厚）組成的，它們卷成管子，直徑介于1納米至2納米之間。在人類的認識范圍內，碳納米管是導電性能最強的材料之一，研究人員認為單根碳納米管的性能比常規硅晶體管高5倍。

雖然碳納米管的性能強大，但是要在如此小的尺寸內清除雜質是一大挑戰，即使只有一個金屬雜質體，碳納米管的性能也會大受影響，比如它可能會導致短路。為了解決此問題，研究人員發明了一種新技術，他們用高分子聚合物清除雜質。

接下來研究人員需要將細小的碳納米管統一排列，緊密結合，他們開發了一種名為“流動蒸發自組裝（floating evaporative self-assembly）”的技術，可以在1X1英寸的圓晶上排列碳納米管。現有制造廠需要進一步研發，讓該技術用在更大的圓晶上。