根据摩尔定律，单一芯片上晶体管数量一直在翻倍增长着，但随着工艺的不断提升（现在可达32纳米），人们日益担心摩尔定律的失效，并期望能找到新材料，以延续摩尔定律。碳纳米管是其中主要的研究方向之一，而近期IBM的研究成果给业界吃了颗定心丸。

集成超万个碳纳米管

许多人都认为未来在半导体技术中碳纳米管将取代硅芯片，以进一步缩小芯片的尺寸。科学家也表示，碳纳米管拥有比硅芯片更好的导电性能，特别是它还可以用来构建仅含几十个原子的纳米级晶体管器件。

目前，IBM研究人员已经成功将超过1万个由碳纳米管打造的晶体管精确放置在单一芯片上，而且采用的是标准的半导体制造工艺。而在此之前，据IBM称，科学家就已经能够将数百个碳纳米晶体管放在一块芯片上，但仍不能满足商业化的应用需求。

IBM表示，这种新方法能在特定基板位置上放置大量碳纳米晶体管，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，因为最终商业性芯片是需要集成超过10亿个晶体管的。

“开发碳纳米晶体管的动机是因为它们尺寸极小，远远超过其他任何材料所制成的晶体管。”IBM Research物理科学家总监Supratik Guha表示，“但挑战也很大，例如必须解决诸如超高纯度的碳纳米管问题，以及如何在纳米级尺寸下做到精确放置。我们在这两方面进展都不错。”

可靠性、有毒性担忧

一方面，全世界科学家都正借由碳纳米管探索集成电路、能量存储和转换、生物感知、DNA定序等不同领域。另一方面，科学界也提出了有关碳纳米管的可靠性和潜在毒性等问题。

去年，美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology)在一份报告中指出，碳纳米管元件的可靠性将会是一个重要的问题。而由半导体研究组织(Semiconductor Research Corp.)去年进行得一项研究表明碳纳米管并不具有毒性，但其他众多研究均证实毒性存在。

IBM方面也表示，将碳纳米管技术商业化仍充满挑战，包括纯度以及如何精确放置等。碳纳米管本身混合了金融和半导体，而且必须被准确放置在晶圆表面上，才能构建出电路。而在实际制造过程中，“必须彻底清除掉纳米管的金属部分，以防止电路发生错误”，IBM表示。同时其还指出，对于未来大规模碳纳米管的整合，其关键在于能否控制碳纳米管元件在基板上的取向和位置。

为了克服上述难题，IBM研究人员开发了一种以离子交换化学（ion-exchange chemistry）为基础的方法，能够实现更精确的放置，而且能控制碳纳米管以高密度整齐排列，使被放置的独立碳纳米管能达到每平方厘米10亿个的密度。

在该制造过程中，研究人员需要将碳纳米管涂上表面活性剂，由化学处理过的二氧化铪、二氧化硅制作带有沟槽的基板，然后将基板侵入到碳纳米管溶液中，碳纳米管经由化学键附着到二氧化铪区域，但基板其他部分仍保持“干净”。

目前业界已普遍认为硅晶体管制造已逼近物理极限，而且多数人也认为基于硅的电子芯片在未来难以维持摩尔定律，而由单一原子碳薄片所构成的碳纳米管可形成电子元器件的核心，并且性能更好。（原文摘自EETime 《IBM claims carbon nanotube IC breakthrough》。）