Что можно заменить графеном, графеном или углеродным нанометром?

Как всем известно, мировая индустрия ИС находилась под «сиянием» закона Мура на пути к кремнию, но когда основное развитие технологии КМОП до 10 после нанометровых технологических узлов, последующее развитие все больше и больше из законы физики и ограничение стоимости производства, закон Мура может потерпеть крах.

20 января ведущий научный журнал Nature опубликовал «Практика копья и исследовательского института физической электроники Пекинского университета», профессор Пэн, заместитель директора команды г-на Чжана, занимающейся прорывом мирового уровня в области электроники на углеродных нанотрубках: подготовка нанометровых ворот 5 для Впервые высокопроизводительные транзисторы на углеродных нанотрубках и доказавшие свою эффективность выше кремниевых КМОП полевых транзисторов того же размера, подтолкнули эффективность транзисторов к теории.

Графен VS углеродные нанотрубки для преемника кремния?

20 января ведущий научный журнал Nature опубликовал «Практика копья и исследовательского института физической электроники Пекинского университета», профессор Пэн, заместитель директора команды г-на Чжана, занимающейся прорывом мирового уровня в области электроники на углеродных нанотрубках: подготовка нанометровых ворот 5 для Впервые высокопроизводительные транзисторы на углеродных нанотрубках и доказавшие свою эффективность выше кремниевых КМОП-полевых транзисторов того же размера, подтолкнули эффективность транзисторов к теории.

27 февраля новостной канал CCTV транслировал специальную программу «Магия графена», в которой упоминается, что графен заменит кремний в качестве основного материала чипов следующего поколения. Использование графена для производства устройств нового поколения. , как ожидается, сделает обгон угловой реализации изготовления чипов, достиг международного передового уровня.

Как всем известно, мировая индустрия ИС находилась под «сиянием» закона Мура на пути к кремнию, но когда основное развитие технологии КМОП до 10 после нанометровых технологических узлов, последующее развитие все больше и больше из Законам физики и ограничению стоимости производства закон Мура может потерпеть крах. Более 20 лет научное сообщество и промышленность изучают все виды новых материалов и новых технологий, принцип транзистора, который, как ожидается, заменит кремниевую КМОП-технологию , но до сих пор ни одна организация не может создать новые 10-нм устройства, и никакие новые устройства не могут иметь лучшую производительность, чем настоящие кремниевые КМОП-устройства.

Углерод помимо кремния?

В 2005 году комиссия по международной карте маршрутов полупроводниковых технологий (ITRS) впервые явным образом приблизит к 2020 году кремниевую КМОП-технологию, которая достигнет своего предела производительности. Эра Мура после того, как исследование технологии интегральных схем становится все более актуальным, многие люди думают, что микроэлектроника промышленности после перехода к семи узлам нанотехнологий, возможно, придется отказаться от продолжения использования кремния в качестве транзисторного канала проводимости. В одном из немногих материалов-заменителей углеродный наноматериал признан наиболее вероятным заменителем кремния.

Новые исследовательские материалы ITRS 2008 года и новые исследовательские устройства, работающие над изучением всех возможных альтернативных кремниевых КМОП-технологий, специально рекомендованных полупроводниковой промышленности с акцентом на углеродную электронику, представляли собой ценность для бизнеса следующего поколения электронных технологий на ближайшие 5-10 лет. Национальный комитет по научным фондам (NSF) вот уже более десяти лет в дополнение к национальной программе по нанотехнологиям в Соединенных Штатах продолжает оказывать ключевую поддержку углеродным наноматериалам и связанным с ними устройствам, в 2008 году он запустил «больше, чем закон Мура в области науки и техники. Проект, в том числе исследования углеродной электроники, указан как один из главных приоритетов. Вслед за увеличением инвестиций в исследования углеродной электроники, национальная нанопрограмма, начатая в 2010 году до «2020 года наноразмерной электроники», входит в один из трех самых известных планов ( подписи инициатив). Помимо Соединенных Штатов, Европейского Союза и других правительств также атташе s большое значение для углеродных наноматериалов и связанных с ними исследований и разработок электроники, макет и продолжают захватывать командные высоты в основных областях информационных технологий.

Углеродные нанотрубки, два наиболее вероятно заменят кремний, углеродные нанотрубки и графен. До того, как графен получил Нобелевскую премию, углеродные нанотрубки долгое время считались наиболее вероятным заменителем кремниевого полупроводникового материала, и теперь из-за фанатизма графен в глобальном масштабе, похоже, вместо углеродных нанотрубок, так что графен и углеродные нанотрубки, кто может быть из лучших?

Преимущества углеродных нанотрубок и текущее состояние развития исследований и разработок интегральных схем

В 1991 году японская компания NEC mari сообщила, что чистый самец в просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения, проверяющий графитовое оборудование сферических молекул углерода, случайно обнаружил трубчатые коаксиальные нанотрубки, состоящие из молекул углерода, которые теперь известны как углеродные нанотрубки CNT, также известные как трубка Баки. .

Материал углеродных нанотрубок обладает превосходными электрическими свойствами. У углеродных нанотрубок при комнатной температуре подвижность носителей (электронов и дырок) n-типа и p-типа симметрична, все они могут достигать 10000 см2 / (В · с) выше, что намного превышает традиционные полупроводниковые материалы. . В дополнение к диаметру углеродных нанотрубок всего от 1 до 3 нм, более вероятно, что они будут открыты, и отключение напряжения сети очень эффективно.

Преимущества углеродных нанотрубок перед кремнием:

1) транспорт носителей является одномерным. Это означает, что сокращается фазовое пространство рассеяния носителей, открывается возможность баллистического транспорта. Соответственно, низкое энергопотребление.

2) химические связи всех атомов углерода связаны между собой, в результате нет необходимости в процессе химической пассивации, чтобы устранить сходство, которое существует на поверхности кремниевой суспензии. Это означает, что электронная углеродная нанотрубка не имеет Чтобы использовать изоляцию из диоксида кремния, можно напрямую использовать изоляторы с высокой диэлектрической проницаемостью и кристаллические изоляторы.

3) прочная структура ковалентной связи может сделать углеродную нанотрубку высокой механической стабильностью и термической стабильностью, а ЭМ имеет хорошее сопротивление, выдерживает плотность тока до 10 А / см.

4) они являются ключевыми размерами, а именно, диаметр регулируется химической реакцией, а не традиционным производственным процессом.

5) в принципе, как активные компоненты (транзисторы), так и линия межсоединений могут быть соответственно полупроводниковым и металлическим атрибутом углеродных нанотрубок.

Графен VS углеродные нанотрубки для преемника кремния?

Исследовательская группа Стэнфордского университета использовала, как показано на (а), изготовление массива углеродных нанотрубок, как показано на (b), первого в мире компьютера с углеродными нанотрубками; (c) основная функция устройства сканирующих электронных микроскопических изображений

Прогресс исследований полупроводниковых устройств на основе углеродных нанотрубок:

Графен VS углеродные нанотрубки для преемника кремния?

В последние годы на основе углеродных нанотрубок исследования электроники на основе углерода достигли быстрого развития, и постепенно от фундаментальных исследований к практическому применению. Благодаря превосходным свойствам самого материала и мировой политики и финансовой поддержки, научно-исследовательского персонала в физике устройств, устройство изготовления углеродных нанотрубок, метод интеграции и т. д. добились значительных успехов, на высоте других наноматериалов никогда не достигали.

Исследования показывают, что по сравнению с традиционными электронными устройствами на основе кремния на углеродной основе, они имеют в 5 ~ 10 раз преимущества в скорости и энергопотреблении, могут быть достигнуты при 5-нм узле полупроводниковой технологии, удовлетворяют новый спрос на разработку полупроводниковых чипов после 2020 года. Разработчики реализовали базовый логический блок с множеством функций, в принципе, можно использовать эти логические блоки, подготовленные с высокой сложностью интегральной схемы на основе углерода.

Журнал Nature, опубликованный в 2013 году исследователями Стэнфордского университета, использует 178 транзисторов с углеродными нанотрубками, изготовленных из компьютерного прототипа. В обзоре технологий MIT сообщается, что в Соединенных Штатах в 2014 году компания IBM заявила, что будет до использования углеродных нанотрубок в 2020 году в пять раз быстрее, чем существующие полупроводниковые чипы. IBM опубликовала в соответствующих СМИ результаты, которые показывают, что полупроводниковые чипы на основе углеродных нанотрубок с точки зрения производительности и энергопотребления лучше, чем традиционные кремниевые чипы, значительно улучшились: технология кремниевых полупроводников от 7 нм до 5 нм узла, соответствующее увеличение производительности чипа примерно на 20%, и 7 нанотехнологий узла полупроводниковой технологии на основе углерода на 300% выше, чем производительность на основе кремния 7 нм, 15 поколений улучшения технологии на основе кремния. Эти разработки делают полупроводниковую промышленность На заре эпохи электроника на углеродной основе, как ожидается, продолжит улучшать производительность н.э. закона Мура до 2050 года.

Однако у углеродных нанотрубок есть ограничения, искусственные углеродные нанотрубки представляют собой комбинацию свойств металла и полупроводника. Эти два свойства углеродных нанотрубок взаимно «прилипают» к веревке или пучку, что позволяет использовать углеродные нанотрубки, потому что только электрические свойства нанотрубок имеют транзистор. Существующий метод подготовки для производства углеродных нанотрубок представляет собой смесь всех видов хиральных трубок и труб разного диаметра, хиральность и диаметр труб различны, как прямой результат качественно разной проводимости, что делает углеродные нанотрубки, есть много трудностей в большинство практических приложений.

Профессор Пэн Лянь в интервью сообщил, что текущее направление исследований IBM в области углеродных нанотрубок - это смешанные методы подготовки, а практика использования копья и использование группы г-на Чжан Пэна - нелегированная подготовка, это первая в мире, их команда после 10 лет исследований, разработал метод нелегированной подготовки, разработанный на основе 10 нанотрубок CMOS с верхним затвором, устройство p-типа и n-типа при более низком рабочем напряжении (0,4 В), производительность, чем у текущего, и работа при более высоком рабочем напряжении ( 0,7 В) кремниевые КМОП-транзисторы. Теперь они преодолели предельный размер процесса, успешно разработали транзисторы из углеродных нанотрубок с длиной затвора 5 нм, их производительность близка к пределу, определяемой принципами теории квантовой механики.

Статус и прогресс графенового плода

Графен представляет собой двумерную структуру углеродного материала, потому что он имеет характеристики нулевой запрещенной зоны, даже если носитель при комнатной температуре в средней длине свободного пробега графена и длине когерентности также может использоваться для микронного уровня, так что это своего рода отличные проводящие материалы. Полевое устройство Graphne является одной из важнейших задач, как увеличить ширину запрещенной зоны, а не уменьшить ее подвижность очень высока.

Графеновые транзисторы по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниковыми транзисторами имеют следующие особенности:

(1) под контролем электрического поля, типы носителей в графене для непрерывного изменения между электронами и дырками, биполярная электрическая проводимость.GFET, следовательно, не может, как обычный полупроводниковый транзистор был эффективно закрыт, не подходит для логики в городе устройств. Но на основе графита могла бы быть какая-то новая структура, связанная с высоким коммутируемым током устройства;

(2) подвижность носителей графена очень высока, но также W за счет управления электрическим полем в области высоких частот, особенно в области радиочастоты (RF), имеет большой потенциал для применения.

(3) для самого двумерного материала графена, уменьшить размер схемы и интегральной схемы. Подготовка графена CVD может быть перенесена на любую подложку, выгодна для приготовления графена и других материалов гетероперехода, изучения новых физических явлений и новых электронных устройств.

Графен лучше, чем углеродные нанотрубки, в процессе производства углеродных нанотрубок генерирует смесь металлических и полупроводниковых материалов из углеродных нанотрубок, создавая сложную схему, углеродные нанотрубки должны быть тщательно скринингованы и позиционированы, не разработан очень хороший метод, что намного проще для графена. Это уникальное свойство сделало графен альтернативным материалом, применяемым во многих новых областях.

Высокая подвижность электронов / дырок и симметрия зонной структуры делают графен очень подходящим для производства высокочастотных транзисторов, хотя проводящая способность графена замечательна, но ему не хватает запрещенной зоны, а именно графена без запрещенной зоны «в« электронном состоянии »может. Диапазон энергий, поскольку устройства переключения ограничивают его применение, а графеновый нанопояс (ГНЛ) может открыть энергетическую щель графена, в результате класс полупроводниковых ГНР привлек большое внимание, вдохновляя ученых на широкий интерес к разработке всего графеновая схема.

Группа AndreGeim сообщила, что Манчестерский университет, помимо того, что он разработал уровень 10 нм за пределами фактической работы графеновых транзисторов, и они еще не объявили о последних результатах исследований, была разработана ширина молекулярных меньших графеновых транзисторов, графеновый транзистор на самом деле состоит из одноатомного транзистора.

В 2008 году исследовательский центр IBM Watson в мире первым сделал малошумящие графеновые транзисторы. Обычное наноустройство с уменьшением размера, называемое шумом 1 / f, будет становиться все более очевидным, ухудшать SNR устройства, это явление является правилом. «Хогг (Закон Хоуге)». Графен и углеродные нанотрубки.

Трубка и силиконовый материал могут вызвать это явление, поэтому вопрос о том, как уменьшить шум 1 / f, стал одной из ключевых проблем при реализации нанометрового элемента. IBM путем перекрытия двух слоев графена успешно произвела испытания транзистора, поскольку 2 генерирует сильную электронику. комбинация между слоями графена, которые контролируют шум 1 / f. Выводы Минг - ЮЛин из IBM показывают, что ожидается, что 2 слоя графена будут применяться в различных областях.

В мае 2008 года технологический институт Джорджии и лаборатория Линкольна в Массачусетском технологическом институте совместно создали один чип для создания сотен массивов графеновых транзисторов.

Кремниевые микрокомпьютерные процессоры при комнатной температуре могут выполнять только определенное количество операций в секунду, но электрон через графен почти не имеет сопротивления, выделяемого тепла также очень мало.Кроме того, графен сам по себе является хорошим проводником тепла, может быстро отправлять Из-за отличной производительности графеновая электроника работает намного быстрее.

Графеновые устройства, сделанные из скорости работы компьютера, могут достигать терагерц, а именно 1 x 106 кГц в 1000 раз, если мы можем продолжить развитие, его значение самоочевидно.

В дополнение к компьютеру, чтобы работать быстрее, также может использоваться для графеновых устройств, требующих высокоскоростной работы, технологии связи и технологии обработки изображений. Обеспокоенный эксперт думает, что графен может быть сначала применен к высокочастотному полю, например, к формированию изображений ТГц волны, одной из целей используется для обнаружения скрытого оружия. Скорость - не единственное преимущество графена, кремний нельзя разделить на маленькие кусочки размером менее 10 нм, иначе он потеряет свои электронные свойства. По сравнению с кремнием, графен, разделенный на небольшие пленки размером 1 нм, основные физические свойства не изменяются, но его электронные свойства, вероятно, будут играть роль.

Заключение: борьба с кремнием еще предстоит увидеть

1) разработка кремниевого электронного материала близка к вершине, углеродные нанотрубки и графен имеют меньший размер, чем кремниевые устройства, и более прекрасные электрические свойства, вероятно, в будущем заменят кремниевые материалы.

2) углеродные нанотрубки с превосходными свойствами и обнаруживают, что чем раньше, методы его производства и строительства более глубокие, и были достигнуты некоторые достижения, достаточно, чтобы доказать, что углеродные нанотрубки создали практические условия для создания микроэлектронных устройств, но существуют некоторые проблемы в традиционных Метод построения компонентов, и разделение различных углеродных нанотрубок является одной из самых больших проблем, интегральная схема углеродных нанотрубок все еще требует некоторого времени для изучения.

3) Графен и углеродные нанотрубки как превосходные свойства, и устройство для сборки не должно проходить сложный процесс разделения, практически более сильного, чем углеродные нанотрубки, также сделали определенные прорывы в подготовке, но его обнаружение поздно на наноэлектронных устройствах остается В будущем они могут стать основным материалом интегральной схемы.

Страница содержит содержимое машинного перевода.