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摩尔定律逼近极限 碳纳米管能否成为集成电路材料下一条“赛道”?

集成电路是现代信息技术的基石,随着摩尔定律逐渐逼近极限,寻找硅材料替代品显得尤为迫切。下一条集成电路材料“赛道”在哪里?日前举行的东方科技论坛吸引了国内多位专家参与研讨。目前,相比于石墨烯、二维材料等选项,碳纳米管呼声相对较高,被认为是比较有希望取代硅的未来电子材料。


如今,世界上最领先的集成电路工艺已经达到7纳米,想要做得更。璨牧显谏⑷取⒐牡确矫婢统氏殖龆贪。早在2006年,国际半导体技术路线图委员会就认为,摩尔定律将在2020年达到极限。故此,他们推荐碳基纳电子学(包括碳纳米管和石墨烯)作为可能在未来五至十年内显现出商业价值的下一代技术。根据测算,在步入10纳米技术节点后,碳纳米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有了明显改善。例如,从硅基7纳米技术到5纳米技术,芯片速度大约提升20%,而碳纳米管基7纳米技术的芯片速度将提升300%。


尽管碳纳米管被认为未来前景可期,但在实际研发中仍遇到了不少问题。北京大学信息学院教授、纳米器件物理与化学教育部重点实验室主任彭练矛告诉记者,由于碳分子结构稳定,很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能,因此在需要可塑性N型晶体管的研制上一直没有进展,其性能也未能超越硅材料。


碳纳米管要实现产业化,尚有很长一段路要走。彭练矛表示,碳基集成电路研制是一个庞大的系统,除了材料学,还涉及微纳加工技术、电子器件设计与制备、系统集成等多个领域。他还建议,我国要尽快建立碳基电子学国家战略。


华南理工大学材料科学与工程学院马於光教授同样认为,2020年是一个重要时间节点。目前,美、欧、日、韩等国纷纷启动投入高达数十亿美元的研究计划,大力支持和推动下一代电子技术的材料研究。他还表示,除集成电路外,我国要突破光刻机、锂电池、射频器件等一系列“卡脖子”技术,很大程度上取决于材料科学的研究进展。眼下,高性能分子材料与现代电子技术的融合,已到了从基础研究转向应用的关键时期。

关键字:碳纳米管
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