IBM新型碳纳米管芯片：单芯片上制造上万晶体管

11月 4 日消息，美国 IBM 公司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放置在了一颗芯片内，并且通过了测试。

多年来，我们的芯片都根据摩尔定律发展：从以前的微米单位到现在的纳米单位，从以往的 90 纳米到 65 纳米到现在的 32 纳米。但随着工艺的加强，良品率逐渐降低，而且难以再提升，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，以便延续摩尔定律，而 IBM 迈进了步。

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 的成果表明，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，因为终商业性芯片需要集成数以几十亿晶体管。

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)和二氧化硅(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，终得以在单个芯片上制造上万个晶体管。

1. 碳纳米管溶液

在这种黑色溶液中，IBM 放入了碳纳米管（碳纳米管是由碳元素构成的一个中空管状结构，直径在几纳米至几十纳米之间，长度可达数微米）。IBM 公司于 10 月 28 日宣布，其研究人员已经找到了一种将碳纳米管精确地放置在电脑芯片上的方法。这项新技术增加了碳纳米管在未来替代硅晶体管的可能性。

2. 碳纳米管模型

没有端盖的碳纳米管模型。

3. 排列在氧化铪沟槽中的碳纳米管

这个计算机模型显示了碳纳米管是怎样在暴露的二氧化铪沟槽中与一种特殊料材涂层相结合的。

4. IBM 碳纳米管安置示范

图中的暗线是碳纳米管，它们有时会被置于沟槽中，但也并不总是如此。IBM 放置碳纳米管的准确度越高，它们就越有可能被用在计算机芯片的半导体器件中。IBM 目前放置碳纳米的管密度为每平方厘米 1 亿个。

5. IBM 碳纳米管的测试芯片

图中非常黯淡的黑线是跨越两个电触点间隙的碳纳米管。 IBM 努力做到在每一个沟槽中放置一根碳纳米管。

6. IBM 碳纳米管自组装技术

IBM 的制造工艺通过化学胶合将碳纳米管与暴露的二氧化铪沟槽连结。

7. 碳纳米管的二氧化铪亲和力

IBM 的硅晶片上面有两个表面——二氧化铪和二氧化硅。这幅特写照片显示了只与二氧化铪结合的碳纳米管。

8. IBM 碳纳米管芯片晶圆

IBM 的研究员 Hongsik Park 正在检查一个放置了碳纳米管的芯片晶圆。