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摩尔定律还能延续?碳纳米晶体管性能已超硅晶体管

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  如今半导体圈最棘手的事莫过于摩尔定律即将终结,研究人员不得不寻找硅材料的替代者来提升半导体的性能,而碳纳米管就被认为是最有可能取代硅的材料之一。

  近日,美国威斯康星大学麦迪逊分校已经在这一材料的研发上取得了跨越式的突破,该校的材料学家成功研制了1英寸大小碳纳米晶体管,并且首次在性能上同时超越了硅晶体管和砷化镓晶体管。

  顾名思义,碳纳米晶体管是由碳纳米管作为沟道导电材料制作而成的晶体管,其管壁只有一个原子厚,这种材料不仅导电性能好,而且体积能做到比现在的硅晶体管小100倍。另外,碳纳米晶体管的超小空间使得它能够快速改变流经它的电流方向,因此能达到5倍于硅晶体管的速度或能耗只有硅晶体管的1/5。

  不过因为技术的瓶颈,过去很长一段时间研究人员都没能研制出性能优于硅晶体管和砷化镓晶体管的碳纳米晶体管,更不用奢望其应用在各类电子设备中。

  据了解,按照传统的做法,碳纳米管内通常会混杂一些金属纳米管,但是这些金属纳米管会造成电子装置短路,从而破坏碳纳米管的导电性能。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员这次另辟蹊径,他们利用聚合物取代了几乎所有的金属纳米管,将金属纳米管的含量降到0.01%以下,这样的做法大大提升了导电性能。

  除此之外,该研究团队还在工艺上做出了改善,他们研发出的溶解方法成功移除碳纳米管制造过程中产生的残渣。

  威斯康星大学麦迪逊分校材料工程学教授迈克·阿诺德表示:“我们的研究同时克服了碳纳米管面临的多重障碍,最终获得了性能首超硅晶体管的1英寸碳纳米晶体管。碳纳米管的许多设想仍有待实现,但我们终于在二十年后实现了赶超。”

  那么问题来了,石墨烯和碳纳米管谁会成为下一代半导体材料?


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