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材料科学的进步与发展总是走在最前沿，每一次突破都让人激动不已。硅芯片的极限也越来越迫近，这进一步推动了硅替代材料的渴求。科学家们不断探寻，亟待技术突破。   　　导语：根据摩尔定律，集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍， 硅芯片迟早有一天会因为尺寸无法继续缩小而走向终结 。哪种材料能替代硅芯片呢？斯坦福的研究团队的最新研究成果表明， 碳纳米管或许会成为替代材料 ，该技术可将芯片缩小至 5纳米 的极限尺寸。 　　以下是文章全文： 　　在接下来十年左右的时间里，在电脑硅芯片上蚀刻电路预计将变得越来越艰难，因为芯片的物理尺寸难以无限变小，这促使人们寻找替代材料来取代硅芯片的地位。 　　哪种材料能替代硅芯片呢？部分研究者对碳纳米管寄予厚望。本周一，斯坦福大学的一个研究团队成功地演示了一个简单的微电子电路，该电路是由44个完全以丝状纤维制成的晶体管组成。 　　来自斯坦福的研究团队在旧金山举行的一次科技会议上展示了这个电路。他们展示的技术进步是迄今最能证明当硅芯片尺寸达到物理极限时，碳纳米管可能会成为一种未来的替代材料。 　　在各大科技厂商中，IBM是建议将碳纳米管应用于微电子领域的强力支持者之一，该公司已经明确表示希望碳纳米管技术将在接下来的十年内准备就绪，届时预计半导体芯片的尺寸将缩小至5纳米的极限尺寸。但截至目前，各大学和芯片厂商的研究人员还只能成功地将碳纳米管用于单独器件的制作，如制作晶体管等。 　　斯坦福大学所展示的这一技术进步则标志着完整的工作电路已被创造出来，表明这种材料可能真的会达到人们的期望。 　　硅是一种普遍存在的自然元素，既可当做导体，也可当做绝缘体。硅芯片的生命周期相较计算机工程师原本的设想已经长了数十年，这是因为虽然晶体管的尺寸在一代代变小，但人们总有相应的先进工艺在上面蚀刻电路。在计算机芯片行业中，被用于蚀刻电路的硅芯片已经变得比光的波长还要细小，而且工程师和科学家们相信，硅芯片的尺寸还有继续缩小的空间，至少目前的情况是这样的。 　　但是，硅材料的物理尺寸极限终有一天会到来，从而终结由摩尔定律所定义的微电子时代。摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年提出来的，它指出：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数量大约每隔18个月便会翻一番，性能也将提升一倍。 　　斯坦福大学所取得的这一技术进步看起来支撑了这样一种信念：无论硅材料时代何时终结，尺寸不断缩小的工艺进程仍能继续下去，设计师在长远的未来仍能继续提高电脑芯片的性能。 　　在本周于旧金山举行的的年度”国际固态电路大会“(International Solid-State Circuits Conference)上，斯坦福大学的研究生马克思·苏拉客(Max Shulaker)走上一个临时搭建的讲台做了简单的演示，他选择了一只人手大小的木头手，连接上一个简单的发动机和齿轮装置，打开开关，然后这只木头手就充满活力地摇摆起来。 　　演示虽然简单，但该团队表示，他们的目标是要制造一个使用碳纳米管构成的完整的微处理器，以证明这种材料的潜力。除了尺寸很小以外，碳纳米管相较现在的硅材料还具备低能耗和切换速度快的优点。 　　斯坦福大学电子工程学副教授、Robust Systems小组负责人萨布哈斯·米特拉(Subhasish Mitra)表示：“(采用该材料)系统层面的省电至少可提高一个数量级。”他指出，这为未来个人移动设备的电池续航能力提供了巨大的提升空间。 　　其它新材料和多种硅基晶体管升级技术也正处于研究过程中。例如，英特尔去年开始使用一种名为FinFET的3D晶体管，该晶体管可让芯片的表面能够容纳更多的晶体管，可以使更小尺寸的硅片具备等同和更好的性能。 　　斯坦福大学电子工程学教授菲利普·王(H.-S. Philip Wong)称：“我不是说没有其它材料可以使用。问题仅在于当尺寸缩小到非常细小的程度时，哪种材料会胜出。” 　　研究人员所面临的挑战是碳纳米管互相交织的微粒会组成一个庞大的“毛球”。不过，通过化学方法在石英表面进行培育，研究人员能够将其进行密切、整齐地排列，然后转到一个硅晶片上，再使用传统的光刻技术来制作工作电路。 　　这样处理后，虽然只有很少一部分的线路会出现排列不整齐的现象，但想要制造可靠的电路，研究人员还一直面临技术障碍。斯坦福大学的这个研究组表示，他们拥有完善的电路技术来解决这种线路排列不整齐的难题。 　　米特拉指出：“从幻灯片上看，99.5%的线路看起来都非常好；但当微粒数量达到100亿级别时，0.5%也是一个非常庞大的数字，足以让一切都变得乱七八糟。” 　　根据《科学》杂志今年2月1日刊登的一篇文章，除了微电子领域外，碳纳米管还在许多其它商业领域呈现出潜在应用前景，例如可充电电池、自行车车架、船体、太阳能电池和滤水器等。   http://tech.sina.com.cn/it/2013-02-21/14508078033.shtml  

IBM的研究人员日前证实了一种全新的碳纳米技术，为商用化 芯片 制造铺平了道路。据表示研究人员将10,000个 碳纳米管 晶体管 放置在一颗芯片上，朝未来取代硅芯片之路跨出了第一步。   许多人认为，总有一天，碳纳米管将全面取代硅芯片在 半导体 技术中的地位，进而持续微缩芯片尺寸。科学家们表示，碳纳米管拥有比硅芯片更具吸引力的电气性能，特别是它还可用于构建仅包含几十个原子的纳米级晶体管元件。 IBM的研究人员将超过10,000个碳纳米管晶体管放在单一芯片上，而且是使用标准半导体制造。根据IBM的说法，在此之前，科学家们就已经能够将数百个碳纳米管元件放在芯片上，但仍不够应付商业化的应用需求。 IBM表示，这种新方法将能在特定基板位置上放置大量碳纳米管晶体管，以制造商用化电路。最终，IBM还表示，未来的商用化芯片还将整合超过10亿个纳米管晶体管。 IBM研究员Hongsik Park观察 晶圆 上的10,000个碳纳米管。该晶圆是在IBM的商用化晶圆厂中进行测试。资料来源： IBM   Research/Flickr link “开发碳纳米管晶体管的动机，是因为它们的尺寸极小，远超越任何其他柀料所制成的晶体管，”IBM Research物理科学总监Supratik Guha表示。“但挑战也很大，像是必须解决诸如超高纯度的碳纳米管，以及如何在纳米级尺寸良好放置的问题。我们在两方面都取得了良好进展。” 全世界的科学家们都正通过碳纳米管探索跨越积体电路、能量储存和转换、生物医学感测和DNA定序等不同应用领域。 可靠性、毒性问题 然而，科学界也提出了有关碳纳米管的可靠性和潜在毒性问题。去年，美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology)在一份报告中指出，碳纳米管元件的可靠性将会是一个重要问题。由半导体研究组织(Semiconductor Research Corp.)在去年进行的一项研究则指出碳纳米管不具毒性的，但其他的研究则声称已发现毒性存在。 IBM承认，要让碳纳米管成为商业化技术仍充满挑战，包括设备的纯度以及如何准确放置这些微小元件在内。碳纳米管本身便混合了金属和半导体，而且必须被精确放置在晶圆表面上才能制造出电路。 在实际制造过程中，必须彻底清除纳米管的金属部份，以防止电路错误。针对未来的大规模整合，关键点则在于能否控制碳纳米管元件在基板上的取向和位置，IBM表示。 为了克服这些障碍，IBM的研究人员开发了一种以离子交换化学(ion-exchange chemistry)为基础的方法，能实现更精确，而且能控制碳纳米管在基板上以高密度整齐排列，让这些被放置的独立碳纳米管达到每平方公分10亿个的密度，IBM说。 在该制程中，研究人员将碳纳米管与表面活性剂(一种肥皂)加以混合。由两种氧化物组成、带有沟槽的基板，其组成主要是化学改质的氧化铪和氧化硅，它被浸入到碳纳米管溶液中，碳纳米管经由化学键附着到氧化铪区域，但其他他表面则维持净空。 将单原子薄片的碳卷起形成碳纳米管，这要比一根头发还小10,000倍，可用于开发芯片上的晶体管。 来源：IBM Research/Flickr link 业界普遍认为，硅晶体管已经逼近其物理限制了。许多人也都认为，基于硅的晶体管在未来不可能持续推动半导体的微缩。 而由单一原子碳薄片卷成的碳纳米管，可形成晶体管元件的核心，它能以和当前硅晶体管类似的方法运作，但性能更好。今年稍早，IBM的研究人员还展示了分子级尺寸──小于10nm的碳纳米管晶体管，已具备极佳的开关速度。 本文授权翻译自EE TIMES，谢绝转载 原文链接： http://www.eet-china.com/ART_8800677491_480201_NT_cc73b7d2.HTM  

纯 石墨烯 (graphene)薄片制成的IC能以比 硅芯片 更低的温度、更高的速度运作，但遗憾的是，无缺陷的石墨烯薄片非常难产生，甚至其缺陷也很难表征出来。为此美国 康乃尔大学 (Cornell University)研究人员宣布发明了一种影像技术，能通过将石墨烯薄片色彩化，来简化其量测方法，快速地辨识出石墨烯薄片的特性。   康乃尔大学发明的新技术，能通过将完美的石墨烯片边缘着色，来区分出石墨烯薄片的哪些区域是真正的单层膜(monolayers)；利用绕射成像 电子显微镜 (diffraction imaging electron microscopy)，该技术能量测出电子从石墨烯薄片表面反弹的角度，然后用不一样的颜色来标示，所产生的色彩化薄片影像，就能很快地根据其定位辨识出晶界(grain boundaries)。   采用该技术所产生的影像，看起来就像是一幅拼布作品；较大的固定区域代表完美的单分子膜小薄片，被着色的边缘则代表那些小薄片之间的不完美接口。这个研发计划是由美国国家科学基金会(NSF)所赞助。   原文链接： http://www.eet-china.com/ART_8800631783_480101_NT_4edff6bc.HTM