长期以来,碳纳米管(CNTs)一直被吹捧为一种潜在的材料,可以让我们超越摇摇晃晃的硅芯片的极限,但事实证明,它们很难制造。现在科学家们已经证明了一种在商业硅制造设备中构建CNT晶体管的方法。

从本质上讲,碳纳米管是一种单原子厚度的神奇材料的折叠层石墨烯。它们是优秀的半导体和快速运输电荷运营商,这使它们成为更换硅的有希望的选择,这开始击中基本的物理限制。

去年,一支由工程师从麻省理工学习队领导的团队突破了新的地面16位微处理器由15,000个CNT晶体管组成,可以执行基本计算机程序。该项目是DARPA资助的6100万美元项目的一部分,但尽管使用行业标准设计流程,芯片仍然在研究实验室中制造而不是使用工业过程。

然而现在,一个由同样的研究人员组成的团队已经开发一种新工艺这使得可以使用标准设备在商业芯片制造设施中生产CNT晶体管。他们成功地测试了两种单独的工厂中的新方法:由模拟设备运行的商用硅制造设备和天空技术经营的大批量半导体铸造。

该团队通过调整制造碳纳米管晶体管的最流行方法之一,将硅片浸入碳纳米管溶液中,实现了这一目标。这种方法的以前实现的问题是,需要数天的时间才能在晶圆上沉积足够的CNTs,并且需要高度浓缩的溶液,这是昂贵的,并且随着CNTs的加入而迅速降解解决方案更快地粘在一起。

因此,研究人员对碳纳米管沉积在晶圆上的过程进行了严格的分析,详细情况见a纸张电子性质他们发现它涉及一种仔细的平衡在CNTS粘附到晶片上的速率和它们松动的速率之间的速度。在晶圆上很少有很少的CNT,所以沉积速度非常高,但它们积累了他们再次逃脱的速度。

这导致沉积速度逐渐平息,直到两种过程平衡和CNT的数量稳定。如果然后从溶液中除去晶片并干燥,则沉积的CNT保持就位。这促使团队制定了两种新技术,这将减缓CNTs松散的速度,并加快它们存放的速度。

虽然先前的方法在解决方案中含量沉浸在解决方案中以确保足够的CNTS GO.沉积,研究人员进行了一系列的10秒浸泡穿插着干燥。在每个循环中,沉积的CNT固定到位,下一个浸渍具有与新浸泡晶片相同的快速沉积速率。

它们也提出了另一个策略,而不是在解决方案中浸泡晶片,它们在晶片表面上施加少量的溶液。然后将CNT溶解的溶剂开始蒸发,增加溶液的浓度并加速沉积过程。

这两种技术都可以并行运行,研究人员表明他们可以将CNT沉积过程从48小时加速到仅限150秒Econds.。这是在商业设施中实现的,并设法统一地分配CNT晶体管N工业标准200 mm晶圆。

有一些警告。输出不是工作计算机芯片,仅仅是制造过程的演示,晶体管的栅极长度为130nm,其等同于2001年释放的芯片。新过程也仅实现了每次约45个CNTS的CNT密度微立方体R.,这仍然明显低于以往研究预测的最优200。

然而,研究人员还对CNT密度与所得芯片的能量效率之间的关系进行了分析,发现即使在较低的密度下,节省可能是显着的。即使是25的密度也会导致2.5倍与1.4倍相比,提升能效boost有望从今天的7nm硅制程转向下一代5nm制程。

虽然它仍然是将这种突破转变为工作芯片的漫长道路,但这是朝向的重要一步未来高性能CNT C.omputing。摩尔定律可能会在你的需要时射击臂上。

图像信用:院长西蒙Pixabay

我是印度班加罗尔的自由职业者科学和技术作家。我的主要感兴趣的领域是工程,计算和生物学,特别关注三个之间的交叉点。

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