纳米芯片超越奔腾
方媛　2001-05-09 09:26:13

　　
　　据4月27日的《科学》期刊报道，IBM的科学家们开发出一项突破性的晶体管技术。利用该技术制造的芯片将比现在的硅芯片更小更快。IBM的研究人员已经制造出世界上第一个碳纳米管晶体管阵列。所使用的碳纳米管是由碳原子排列而成的微小圆柱体，比现在的硅晶体管要小500倍，而且无需对它们逐个进行处理，即不用从大量的纳米管中去费力地寻找有用的电子属性个体。

　　在未来10到20年间，芯片制造商们将面临这样一个问题，即硅芯片已经不能被制造得更小了，因而必须寻找制造计算机芯片的新材料。IBM的这项突破性技术是此领域迈出的重要一步。

　　作为该项目的主要研究人员之一，IBM纳米级科学研究部经理Phaedon　Avouris说：“我们致力于制造分子级的电子设备，这项新技术使我们向前迈出了一大步。我们的研究表明，碳纳米管在性能上可以和硅一争高低，碳纳米管可以让晶体管被制造得更小。对未来的纳米电子技术而言，碳纳米管是很有前途的选择。”


　　根据大小、形状的不同，碳纳米管的电子属性可以分为金属性和半导体性两种。在将碳纳米管用作晶体管的过程中，科学家们遇到的难题是人工制造的碳纳米管是金属性和半导体性的混合体。这两种属性的碳纳米管相互“粘连”成绳索状或束状，这样就使碳纳米管的用途大打折扣，因为只有半导体性的纳米管才可以用作晶体管。而且，当两种属性的碳纳米管“粘连”在一起时，它的金属性比半导体性还要强。


　　逐个处理碳纳米管的工作是缓慢而且繁琐的，但又没有更实际的方法将金属性和半导体性碳纳米管相互分离，这便成了把碳纳米管用作晶体管的一大障碍。IBM的技术人员使用了一种可以称之为“建设性破坏”的新技术成功解决了这一难题，它使科学家能够只生产出制造计算机芯片所需的半导体性碳纳米管。

　　首先，科学家将“粘连”成绳索状的金属性和半导体性纳米管放在一个硅氧化物晶片上，然后将一个平版蒙片放在晶片上从而在纳米管上形成电极（金属垫）。这些电极可以作为开关来控制半导体性纳米管。之后，科学家们使用硅晶片作为一个电极将半导体性纳米管关闭，以完全阻止电流在其中通过。这时，金属性纳米管就处于无保护状态。在晶片上接通合适的电压，就可以破坏掉金属性纳米管，而半导体性纳米管因处于绝缘状态所以不会受到影响。这样，就得到排列紧凑、完好无损的半导体性纳米管晶体管，可用于制造计算机芯片上逻辑电路。

　　按照摩尔定律，计算机芯片的晶体管数量每隔18个月就要翻一番。许多科学家预期，在10到20年内，硅晶体管将达到其物理极限。晶体管是电子系统的重要构成，它在计算机芯片里起着桥的作用，数据通过它从一处传送到另一处。芯片上的晶体管数越多，其处理速度也就越快。因此，IBM科学家们的这项技术突破对未来的芯片性能有着深远的影响。