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首个10纳米以下碳纳米管晶体管问世

发布时间:2012年02月05日 13:48 | 进入复兴论坛 | 来源:新华网 | 手机看视频


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  据美国物理学家组织网2月2日(北京时间)报道,来自IBM、苏黎世理工学院和美国普渡大学的工程师近日表示,他们构建出了首个10纳米以下的碳纳米管(CNT)晶体管,而这种尺寸正是未来十年计算技术所需的。这种微型晶体管能有效控制电流,在极低的工作电压下,仍能保持出众的电流密度,甚至可超过同尺寸性能最好的硅晶体管的表现。相关研究报告发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。

  很多科研小组都致力研发小尺寸的晶体管,以切合未来计算技术对于更小、更密集的集成电路的需要。但现有的硅基晶体管一旦尺寸缩小,就会失去有效控制电流的能力,即产生所谓的“短沟道效应”。

  在新研究中,科研人员舍弃硅改用单壁碳纳米管进行实验。碳纳米管具有出色的电气性能和仅为直径1纳米至2纳米的超薄“身躯”,这使其在极短的通道长度内也能保持对电流的闸门控制,避免“短沟道效应”的生成。而IBM团队研制的10纳米以下碳纳米管晶体管首次证明了这些优势。

  科学家表示,理论曾预测超薄的碳纳米管将失去对于电流的闸门控制,或减少输出时的漏极电流饱和,而这都会导致性能的降低。此次研究的最大意义在于,证明了10纳米以下的碳纳米管晶体管也能表现良好,且优于同等长度性能最佳的硅基晶体管,这标志着碳纳米管可成为规模化生产晶体管的可行备选。

  工程师在同一个纳米管上制造出若干个独立的晶体管,其中最小一个的通道长度仅为9纳米,而这个晶体管也表现出了极好的转换行为和漏极电流饱和,打破了理论的预言。当与性能最佳,但设计和直径不同的10纳米以下硅基晶体管进行对比时,9纳米的碳纳米管晶体管具有的直径归一化(漏)电流密度,可达到硅晶体管的4倍以上。而且其所处的工作电压仅为0.5伏,这对于降低能耗十分重要。此外,超薄碳纳米管晶体管的极高效能也显示出了其在未来计算技术中大规模使用的潜力。

  科技日报总编辑圈点

  没人不爱便携。所以电子元件抗拒不了“越缩越小”的命运。但对于碳纳米管晶体管,性能和尺寸却在“闹矛盾”:既往理论认为,如果缩到了15纳米以下的长度,那载体有效质量相对于其它半导体来说,就太小了,从而非常容易就隧穿和渗入设备――不受控制,这是身为电子元件所最不被看好的。不过,现在工程师们搞定了它,据其论文讲,问题发生在碳纳米管金属触点的物理模型有所不足,而此前的研究均忽视了这一点,没人仔细观察电子在通过那小小交界处时发生了什么。(记者张巍巍)

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