碳纳米晶体管为3D微处理器的商业化铺平道路

麻省理工学院最近的研究表明,碳纳米晶体管(CNT)可以在商业设施中“迅速”制造,为更节能的3D微处理器的商业化铺平了道路。

  6月11日消息,麻省理工学院最近的研究表明,碳纳米晶体管(CNT)可以在商业设施中“迅速”制造,为更节能的3D微处理器的商业化铺平了道路。

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麻省理工学院研究人员安东尼·拉特科维奇(左)和明迪·D·毕晓普举着一个硅片的例子。麻省理工学院图片

  这种快速生产是通过使用与制造硅基晶体管相同的设备实现的,碳纳米管场效应晶体管(CNFET)比现有的硅芯片更节能,可以用来制造新型的3D处理器,但由于制造限制,迄今为止它们大多存在于有限的空间中。

  现在,麻省理工学院的研究人员已经展示了如何利用现有的硅制造设备和半导体铸造厂,在200毫米硅片(芯片设计的行业标准)上大量制造CNFET。

  CNFET的优势

  尽管几十年来,技术进步一直在降低硅基晶体管制造的价格,但随着摩尔定律的实现,以及随着越来越多的晶体管被塞进集成电路,我们不再看到能量效率的提高,这一趋势正迅速接近尾声。

  另一方面,CNFET比硅基晶体管节能得多,据麻省理工学院团队研究负责人马克斯·舒拉克(Max Shulaker)说,“效率高出一个数量级。硅基晶体管的制造温度在500摄氏度左右,与硅基晶体管不同的是,CNFET可以在接近室温的条件下生产。这意味着你可以在先前制造的电路层上建立电路层,从而制造出一个3D芯片,用硅基技术是做不到这一点的,因为你会熔化下面的层。这种由CNFET制成的3D计算机芯片,通过结合逻辑和内存功能,有望超越硅基最先进的二维芯片的性能。

  如何制造CNFET

  CNFET可以用多种方法制备,但最有效的制备方法之一是孵育法。这种方法包括将晶圆浸入纳米管槽中,直到它们粘在晶圆表面。

  尽管孵化方法在工业上是可行的,但这并不能使纳米管的排列达到理想的性能水平,这在很大程度上取决于沉积过程。纳米管要么以随机方向粘在晶圆上,要么以相同方向粘在晶圆上,后者是理想的,但很难实现。

  哈佛-麻省理工学院健康科学与技术项目的博士生Mindy Bishop解释说:“要在200毫米的大晶圆上以完美的方向放置数十亿个1纳米直径的微小纳米管,真的很难。把这些长度尺度放在上下文中,就好像试图用完全定向的干意大利面覆盖整个新罕布什尔州一样。”

  在实验之后,Bishop和研究小组得出结论,简单的孵育过程将有助于生产出性能优于硅的CNFET。

  新技术快1100倍

  对孵化过程的仔细观察向研究人员展示了他们如何改变孵化过程,使之更适合工业生产。例如,他们发现,干法循环(一种间歇干燥浸没晶圆的方法)可以将培养时间从两天缩短到150秒。

  在研究了用于制造CNFET的沉积技术之后,Shulaker和他的同事们做了一些改变,在降低生产成本的同时,使制造过程比传统方法加快了1100倍以上,他们的技术在晶圆上逐边沉积碳纳米管。

  Shulaker说,他的研究代表着一个巨大的进步,使生产水平设施的飞跃。缩小实验室和工业之间的差距是研究人员通常没有机会做的事情。但这是对新兴技术的重要试金石。

  研究小组下一步将在工业环境中用CNFET构建不同类型的集成电路,并探索3D芯片可能提供的一些新功能。

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