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碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-09-08  浏览次数:2084

美国研究人员6日宣布,他们成功制备出一种碳纳米晶体管,其性能首次超越现有晶体管,有望为碳纳米晶体管将来取代硅晶体管铺平道路。

据新华社9月7日报道,硅是目前主流半导体材料,广泛应用于各种电子元件。但受限于硅的自身性质,传统半导体技术被认为已经趋近极限。碳纳米管具有硅的半导体性质,科学界希望利用它来制造速度更快、能耗更低的下一代电子元件,使智能手机和笔记本电脑等设备的电池寿命更长、无线通信速率和计算速度更快。

但长期以来,碳纳米管用作晶体管面临一系列挑战,其性能一直落后于硅晶体管和砷化镓晶体管。美国威斯康星大学麦迪逊分校研究人员在新一期美国《科学进展》杂志上介绍了他们克服的多重困难。

首先是提纯问题。碳纳米管内往往混杂一些金属纳米管,容易造成类似电子设备中的短路效应,干扰碳纳米管的半导体性能。但研究人员发明出一种高分子聚合物提纯技术,成功把碳纳米管中的金属纳米管含量降低至0.01%以下。

第二个挑战是碳纳米管的阵列控制极其困难。要获得性能良好的晶体管,必须按适当的顺序组合碳纳米管,使它们之间保持恰当的距离。为此,研究人员开发出一种叫“浮动蒸发自组装”的技术,解决了这一难题。

第三个挑战是碳纳米管必须与晶体管的金属电极保持良好的电接触。研究人员在提纯过程中使用的聚合物在碳纳米管与金属电极之间形成了绝缘层,为此他们把碳纳米管放入真空容器中“烘烤”去除绝缘层,并通过熔解的方法去掉残留杂质,从而保证了良好的电接触。

最终,研究人员获得的碳纳米晶体管的电流承载能力是硅晶体管的1.9倍,并在此基础上成功研制出2.54厘米见方的晶片。下一步,他们将努力把这一工艺扩展至商业生产水平。

研究负责人之一迈克尔·阿诺德教授在一份声明中说,这是一个“重大里程碑”,是推动碳纳米管在高速通信以及其他半导体电子技术方面应用的关键一步,有助于继续推进计算机行业有关性能的高速发展,尤其是在无线通信技术方面。

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