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[Wa-People!] 2011 VLSI 半導體產業盛宴 (四): 奈米碳管取代銅導線,十年後 ?

本文作者:admin       點擊: 2011-06-22 00:00
前言:
圖說: 史丹福大學(Stanford University)的Philip Wong教授
 

由於目前銅導線在更長的線路延展時,會產生的延遲問題,因此,半導體產業界紛紛苦思,到底要用甚麼材料取代銅線?

近年來,奈米碳管電晶體(carbon nanotube transistor, CNT)跟2011 獲得諾貝爾獎的石墨烯 (Graphene),都被拿來當新興材料,準備取代傳統的銅導線。

儘管奈米碳管電晶體(CNT)首度被披露以來,今年已經是第13年。但除了基礎研究的探索有些進展外,實際上,導入實際工程並朝向有用的技術邁進,如今才算是,剛起步。

來自美國史丹福大學(Stanford University)的Philip Wong (黃漢森)教授,以碳電子為題,分享材料合成到IC線路的技術進展。

曾經在IBM任職16年,並於2002年率領技術團隊研究CNT的Wong (黃漢森)教授指出,奈米碳管電晶體有兩大好處。其一是電子的移動速度比較快,其次,由於奈米管的直徑比較小,大約1 ~1.2奈米( 1~1.2 nm),這可以讓電晶體有機會做得更小。

舉例而言,Intel今年到台灣分享前瞻技術的Kelin J. Juhn博士表示,為了邁向22奈米,必須追求超薄結構(ultra-thin body, UTB),但是再怎麼薄,到了8奈米就已經好難了,甚至還要想辦法做到4奈米。如果奈米碳管能夠順利加入製程行列,則有機會小到1.2奈米。

目前,奈米碳管在製程上還有些困難。黃漢森教授表示,長奈米碳管的過程,還不好控制。這就有點像是當年要在矽上面長磊晶一樣的歷程。製程上必須要能夠控制奈米碳管成功地長成一個中空的管狀,並被拿來當作通道(channel)之用。

材料的進步,與線路跟元件的進步,不斷推演。曾在IBM任職多年的Wong (黃漢森)教授,在IBM做研究的領域就是奈米碳管,比較著重物理跟元件的問題探討,希望有機會導入生產線。七年前他到史丹福大學任教,帶領研究團隊繼續往更前瞻的領域探索,包括材料及線路。

在實驗室中,史丹福的研究團隊以4吋的晶圓,實際投入奈米碳管的製程研究,並獲得包括設備商及材料商等十幾家公司的長期贊助。2011 年VLSI 技術研討會上,Wong (黃漢森)教授,除了材料及線路外,也分享了模型及線路設計。

香港長大的黃漢森教授,大學畢業後到美國念研究所,取得博士學位後,到IBM位於紐約的研究中心任職,一做16年。起先,黃漢森教授研究的都是矽(silicon),2002年起,他開始投入奈米碳管的研究。

展望未來,黃漢森教授表示,未來研究工作有兩個重點,第一是材料的改善,其次則是元件功能的改善。至於奈米碳管究竟何時可以落實到產業界?黃漢森教授說,「這個很難講啊,大概十年以後吧 !」
 

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