- CMOS半導(dǎo)體技術(shù)將在2024年7nm制程時(shí)代面臨窘境
- 石墨烯或取代CMOS半導(dǎo)體技術(shù)
在美國(guó)加州舉行的IEEE定制積體電路大會(huì)(CICC)一場(chǎng)專題演講上有這樣一種看法：CMOS半導(dǎo)體技術(shù)將在2024年7nm制程時(shí)代面臨窘境，而石墨烯可望脫穎而出，成為用來(lái)取代這項(xiàng)技術(shù)的最佳選擇。
美國(guó)喬治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)電子與電腦工程學(xué)教授James D. Meindl表示：“石墨烯已經(jīng)展現(xiàn)出最終將取代矽晶微型晶片的多種可能了，但我個(gè)人認(rèn)為最早還要再過(guò)十年，直到矽晶材料達(dá)到極限以後，我們才會(huì)看到石墨烯應(yīng)用出現(xiàn)。”同時(shí)，他也是該校奈米技術(shù)研究中心的創(chuàng)始總監(jiān)，該研究中心致力于石墨烯的研究已有五年之久了。
在2024年時(shí)，矽晶 MOSFET 在可制造的通道長(zhǎng)度以及可支援的絕緣閘厚薄方面將會(huì)達(dá)到瓶頸，Meindl援引國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)的預(yù)測(cè)表示。
在成為取代CMOS的替代材料之前，石墨烯也面臨著許多挑戰(zhàn)。“我們必須在石墨烯薄片上制造出數(shù)十億個(gè)電晶體，但我們目前所能制造的電晶體數(shù)量極少，”Meindl說(shuō)。
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester )的研究人員們?cè)?004年的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)了這種新材料。這項(xiàng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)(Nobel Prize)的研究貢獻(xiàn)在於找到了一種可制造單層碳原子的新方法。Meindl回想，“當(dāng)時(shí)沒(méi)有人認(rèn)為可以做到這一點(diǎn)，但對(duì)於讓單層碳原子以六角形蜂巢晶格完美排列後所能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，那其實(shí)只是一個(gè)起點(diǎn)。”
截至目前為止，研究人員們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了至少兩種可用於制造石墨烯的技術(shù)了。他們還在這種材料中制造出一些“相當(dāng)粗糙”的有效電晶體。
相較於銅互連技術(shù)來(lái)說(shuō)，石墨烯電晶體還具有更好的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性，以及更高的載流量。用來(lái)制造MEMS時(shí)，石墨烯也非常具有吸引力，Meindl說(shuō)。
“迄今為止，最令人印象深刻的石墨烯電晶體一直是RF電晶體”，例如用於500GHz類比訊號(hào)應(yīng)用的放大器，Meindl并接著說(shuō)，“而石墨烯開關(guān)則由於其漏電流等多種原因限制，使其較難以制造。”
Meidl的實(shí)驗(yàn)室正致力於研究如何制造出15nm線寬石墨帶的方法，使其作為能將石墨烯開關(guān)打造的像矽晶開關(guān)一樣快速且具功效的建構(gòu)基礎(chǔ)。但其主要挑戰(zhàn)在於制造出邊緣毫不受損的石墨帶，以避免導(dǎo)致材料正向特質(zhì)的退化。
截至目前為止，喬治亞理工學(xué)院各工程系所的近700名研究人員們已參訪了Meindl的實(shí)驗(yàn)室并探索石墨烯材料。“我們的技術(shù)有趣之處在於它像工程學(xué)一樣廣泛，而且?guī)缀蹙秃臀锢砜茖W(xué)一樣廣泛了，”他說(shuō)。
