碳纳米晶体管

 北京时间9月6日消息，芯片制造商现在面临一定的困难，它们要用更小的制程制造更快的CPU，正因如此，芯片企业已经开始寻找“硅”的替代品，比如碳纳米管，最近，碳纳米管技术取得了重要突破。

美国威斯康星大学（University of Wisconsin-Madison）的科学家最近宣布，他们成功开发出碳纳米晶体管，其性能大大超越现有的硅晶体管，它所通过的电量比晶体管高了1.9倍。科学家表示，碳纳米管晶体管超越硅晶体管，这还是第一次。

最近，碳纳米管内存已经走出实验室，开始投入生产，这是一个振奋人心的消息，如果美国威斯康星大学的研究能够推广，NRAM内存就可以与碳纳米管CPU搭配使用。

要校准纳米管在圆晶上的位置、保证其纯度是一大挑战，威斯康星大学在这方面取得了重大进展。研究人员称，消除金属杂质是一大关键，因为它会破坏碳纳米管的半导体性能。项目主管迈克尔·阿诺德（Michael Arnold）指出：“我们发现在某些特定条件下几乎不会形成金属纳米管，金属纳米管出现的机率只有0.01%。”

从理论上讲，未来碳纳米晶体管的性能可以比硅高5倍，换言之，如果用在设备中，它的能耗比硅晶体管低5倍。一旦技术真正投入使用，就可以开发出更强大的处理器、让无线通信速度更快、提高便携设备的续航能力。阿诺德评价称：“制造碳纳米晶体管，让它的性能超越硅晶体管，这是一个重大的里程碑。将碳纳米管用于逻辑、高速通信及其它半导体电子技术是长远目标，碳纳米晶体管的性能取得突破，这是通往目标的关键一步。”

当然，科学家的工作并没有结束，他们需要改进技术，使之可以用于商业生产。IBM曾经表示，在2020年左右我们可能就会看到碳纳米管CPU。由于碳纳米管更具弹性，它可以用在各种柔性、可伸缩电子产品中。在内存方面，富士通最近宣布，如果进展顺利将于2018年推出碳纳米管NRAM。

摩尔定律快要失效，为了增加晶体管密度，半导体企业面临无数的挑战。硅晶体管开始向极限接近，材料科学变得越来越重要。半导体产业一致认为，硅晶体管的制程最低可以达到5纳米左右，研究人员必须向新材料投资，用来替代硅。碳纳米管很有希望，但是它已经在实验室沉寂了几十年，因为碳纳米管的应用面临着技术和经济上的挑战。尽管如此，碳纳米管的研究仍然在继续。

到底什么是碳纳米管？简单来说，碳纳米管是由碳层（一层只有一个原子厚）组成的，它们卷成管子，直径介于1纳米至2纳米之间。在人类的认识范围内，碳纳米管是导电性能最强的材料之一，研究人员认为单根碳纳米管的性能比常规硅晶体管高5倍。

虽然碳纳米管的性能强大，但是要在如此小的尺寸内清除杂质是一大挑战，即使只有一个金属杂质体，碳纳米管的性能也会大受影响，比如它可能会导致短路。为了解决此问题，研究人员发明了一种新技术，他们用高分子聚合物清除杂质。

接下来研究人员需要将细小的碳纳米管统一排列，紧密结合，他们开发了一种名为“流动蒸发自组装（floating evaporative self-assembly）”的技术，可以在1X1英寸的圆晶上排列碳纳米管。现有制造厂需要进一步研发，让该技术用在更大的圆晶上。