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碳纳米管能否拯救摩尔定律?_科技频道_东方资讯
发布日期:2020-06-27 05:44   来源:未知   阅读:

编者按:

近年来,因为制程工艺的演进,传统硅材料的极限开始凸显。为此产业界在寻找新的替代者,并且有了很多方案。在本文,我们试浅谈一下最近比较火热的碳纳米管的前景。

硅基晶体管的极限与碳纳米管的优势

随着半导体特征尺寸的逐渐缩小,硅基半导体晶体管正在越来越接近物理极限。随着硅基晶体管逐渐接近极限,各种生产问题正在一一浮现。首先,CMOS晶体管在沟道尺寸很短时,使用普通的平面工艺会造成漏电流(leakage current)非常大,这就造成了芯片待机功耗的问题。为此,16nm以下节点的CMOS普遍使用立体结构,例如FinFET,而随着沟道尺寸进一步降低,晶体管的结构也在变得越来越复杂,例如GAA等。这就造成了CMOS工艺在小的特征尺寸下无论是制备难度还是成本都在快速上升。除此之外,我们看到CMOS工艺在特征尺寸进一步缩小(小于10nm)的时候,晶体管的性能并没有相应提升,因此如何获得高性能和高能效比晶体管就成了半导体业界的重要诉求。

碳纳米管晶体管的电气功能和CMOS 晶体管很接近,同样都有栅、源、漏极,其沟道则是由碳纳米管构成。与CMOS晶体管类似,通过在碳纳米管的栅源漏极加电压可以改变碳纳米管的电流,从而形成电路。

与CMOS晶体管相比,碳纳米管晶体管有几大优势。首先,在先进工艺短沟道(如5nm)的情况下,碳纳米管即使使用平面工艺也不会有漏电流的问题。这就意味着碳纳米管一旦在先进工艺下量产,那么其制备的难度和成本有希望比硅基CMOS工艺要低很多,从而打破摩尔定律接近瓶颈的僵局。此外,碳纳米管本身也有优秀的电气性能,其能效比可以比CMOS晶体管要高一个数量级,而且碳纳米管的一些特殊性质也能在传感器领域获得大量应用。