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普渡大学研究奈米碳管制作半导体电路
 

【CTIMES / SMARTAUTO ABC_1 报导】    2006年08月03日 星期四

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很多人都知道以硅晶圆微影技术所制作的半导体电路,有其物理上的发展极限,目前虽然在朝着45奈米,乃至低于35奈米以下的尺度前进,但极可能会受到光影技术的限制而难以达到实用的半导体制程。所以有关电子电路的发展议题,总是有许多已面临灰暗且无以为继的预测说法,市场上藉此来解释因为某种限制显然无法克服,电路的尺寸可能无法持续缩小的情况。

垂直式奈米碳管墙面的基质图标 (Source: Arttechniqa) BigPic:480x270
垂直式奈米碳管墙面的基质图标 (Source: Arttechniqa) BigPic:480x270

事实上,现有光影技术遭遇到的问题,有的仍可做一些技巧性的解决,也因此发展了更高密度的制作模式,但实际的光影技法也已达到其极限,所以必需有新的原料来替代解决,新的原料也必须要有新的光学技术,但这并不是一个简单的问题。而且更多的基础上的问题,也随着要降低每一单位的原子数量而产生,例如届时许多量子效应将会呈现出来,工程师们必须停止思考小到有关费米(Fermi-10的负15次方米)能量层级的事,而必须开始考虑到每一个电子或某些原子构造的量子特性。

现在有一个可能的解决方案被提出来了,就是用单一或两个的奈米碳管墙面(walled carbon nanotubes)来开发半导体电路。本来分子构造的奈米碳管墙面,直径只有几个奈米大小,但墙面则会达几个微米之长,它们的电子特性是由其直径所控制,所以此奈米碳管有多样化的电子特性可以被整合在一起,形成制作一个复杂电路所需要的基本功能区块。但不幸的是此一电路只能以水平式的状态用在这个基质上,产生的单位尺寸仍是数个微米之大,对于现存的技术而言并无改善的用途。不过,美国普渡大学的研究人员已经实验出让单一奈米碳管墙面,以淀积方式培养成垂直式的构造,这表示单位尺寸原则上可以达到数个奈米的大小。

在垂直式的碳管构造中,也产生一些额外的好处,就是可能将这项技术往高容量方式生产。无论如何,最大且有长期利益的是不用再依赖过去的平版蚀刻技术(lithographic techniques),因为奈米管排除了目前面对平版印刷术的光影蚀刻与相关光学上的问题。

然而普渡大学的这份报告仍有一些警讯,首先虽说作者已经成功地制造出垂直式的单一奈米碳管墙面,但他们尚未建构出真正的电路,甚至也没能证明如何控制加入两个奈米管的方法。无论如何,明显最大的问题还是植基在奈米管上的所有电路,目前并没有能力快速且大量地放置所需要的每一个电路单元,如此从半导体工业的未来而言,反而变成比平版蚀刻技术的问题还多呢。

關鍵字: 製程材料類 
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