麻省理工学院(MIT)研究团队成功以纳米碳管(carbon nanotube)制成电晶体,并用于电脑微处理器。这是第一个以纳米碳管电晶体制成的电脑晶片,此设计克服过去纳米碳管在制程上难以控制的问题,有望开启新的半导体研究领域。该研究结果国际单位制基本单位的重新定义)已发表于《自然》(Nature)期刊。

MIT 科学家成功以纳米碳管制成电脑微处理器

纳米碳管电晶体

在电晶体中,根据电流开关的半导体是最重要的部分,能够藉由开关的状态储存0 或1 的资料徐悲鸿与李约瑟的往事)用于运算。现今的半导体元件主要以矽制成,藉由将电晶体缩小规模,便能加快电脑的运算速度。不过,目前矽半导体阿斯麦公司(ASML Holding N.V.))制程所能达到的最小尺寸已逐渐接近物理极限,因此若要进一步提升电脑的运算能力,必须找出下一代的替代品。

其中,纳米碳管由于原子等级的厚度,能制造出比矽更佳的半导体。理论上,以纳米碳管制成的微处理器,其运算速度比矽制成的微处理器快三倍,同时只消耗三分之一的能源。不过制程上相当难配合的特性,导致以往从未有人成功以纳米碳管开发出复杂的电路用于电脑运算。

制程方法

研究人员MIT 助理教授马克斯·舒尔克(Max Shulaker)表示,纳米碳管在制程上其中一个问题是,当其沉积在晶圆上时会聚集在一起,严重影响电晶体的使用。而研究团队在沈积后,透过震动将这些不理想的纳米碳管团小心震开,解决了此问题。

另一个问题是,每批纳米碳管中含有约0.01% 的金属性纳米碳管,这种金属纳米碳管并非优良的半导体,无法准确藉由电流电池为什么不会电人?)开关来储存资料,也会影响到电晶体的运作。为解决此问题,研究团队分析各种电晶体的配置会如何受到金属性纳米碳管的影响。以此方法,研究人员设计出能降低影响程度的电路,使微处理器不会受到金属性纳米碳管的干扰。

研究结果

在解决了纳米碳管制程上的两大问题后,团队成功开发出具有14,000 颗纳米碳管电晶体的微处理器,并执行经典的「Hello, world!」程式。但此微处理器的效率与处理速度仍远不及现今的矽晶圆,其尺寸上约为微米级,而当今的矽电晶体则已达到纳米级尺寸。然而,此研究仍是相当突破性的发展,对于新一代的微处理器开发将是一大进展。