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中國科學家發現碳納米管材料制造電子產品新潛力
發布時間:2019-12-25 10:42 | 【 【打印】【關閉】

  在過去的幾年里,研究人員提出了幾種可以最終替代硅互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件的材料。一些可能性的選擇都是基于碳納米管(CNT)的電子產品,可以利用多種不同的技術來制造碳納米管。

  專家預計到2020年底,硅互補金屬氧化物半導體(CMOS)的使用將開始迅速下降,但還沒有確定一類可以有效維持硅的計算能力的替代材料。

  北京大學和湘潭大學的研究人員最近進行了一項研究,主要研究碳納米管材料在制造電子產品中的潛力。

  研究結果發表在《自然電子》上,研究人員討論了隨著時間的流逝,納米管基CMOS場效應晶體管的發展,同時重點介紹了電子制造商當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,可提供其他半導體根本無法利用的解決方案,尤其是縮小到10 nm以下時。在這項工作中,我們證明了基于CNT的電子產品有可能大大超越硅技術(通過實驗證明是其十倍的優勢),并且可以使用碳納米管來構建大規模集成電路(IC)?!?/p>

  CNT的相關物理參數,例如其結構和電子性質,在電子領域中是眾所周知的。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,分析了各個CNT的性能和質量。

  結果表明,在低于10 nm的技術節點上,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制造設施,也可以制造出許多性能優于硅晶體管的晶體管,這表明芯片行業可以在目前的速度下前進數十年?!?/p>

  這項研究結果提供了進一步的證據,表明CNT晶體管是當前硅CMOS器件的可行且理想的替代方案。在分析中,研究人員還強調了迄今為止已開發的中規模集成電路的一些優缺點,以及當前阻礙其大規模實施的挑戰。

  開發具有新型3-D芯片結構的集成電路(IC)可以進一步提高CNT材料的性能,使其強度提高數百倍。他們的分析和其他研究小組收集的先前研究結果最終表明,CNT技術有可能在后摩爾時代提供更強大,更節能的芯片技術。

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

  未來需要結合兩個研究方向,以構建高性能的大型使用CNT膜的大規模集成電路,其性能超過了硅芯片技術。

  文章來源:賢集網、新材料網 

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