本刊记者 刘婉茹

迎战“碳基”时代

本刊记者 刘婉茹

获得2016年度国家自然科学奖二等奖

从信息化到智能化，集成电路芯片的地位堪称“得芯片者得天下”，而芯片组成器件中，硅基CMOS器件占了足足九成。眼下，硅基CMOS技术已经走进了14纳米的技术节点。但在后摩尔阶段，其优势究竟能保持多久？IBM等企业认为，硅基芯片即将走向终点，微电子工业也将在7纳米技术节点时不得不放弃使用硅基材料。替代者是谁？碳基纳米材料——特别是碳纳米管和石墨烯，被公认为最佳潜力股。

为什么是碳基纳米材料？完美的结构、超薄的导电通道、极高的载流子迁移率和稳定性，都使它备受青睐。IBM的系统计算展示出一组数据：硅基从7纳米到5纳米，芯片速度大约能提升20%；而同样在7纳米上，碳基芯片可以提速300%，相当于15代硅基技术的改善。2020年之前，5倍于当前硅基芯片速度的碳基芯片甚至也将成型。

可以说，与最初由于接触不良，性能远不及硅基器件的碳纳米管晶体管相比，经过了近20年的发展，碳基技术的出色令世界刮目相看。在碳纳米管电学接触上，北京大学彭练矛团队发现金属钪或钇可以和碳纳米管的导带形成理想欧姆接触，在此基础上首次制备出性能达到理想弹道极限的n型碳纳米管晶体管，被际半导体技术路线图（ITRS）选为性能最好的碳纳米管晶体管。这是碳纳米管电子型欧姆接触方面唯一的实验工作，钪也成为ITRS推荐的碳基器件中首选n型欧姆接触电极材料。……