碳纳米管晶体管前进为3D微处理器铺平了道路

碳纳米管晶体管从实验室到工厂的跨越

碳纳米管晶体管是更靠近商业现实的步骤，现在，麻省理工学院研究人员已经证明了这些装置可以在商业设施中迅速制造，具有相同的设备，用于制造当今计算行业的骨干的硅基晶体管。

碳纳米管场效应晶体管或CNFET比硅场效应晶体管更节能，并且可用于构建新型的三维微处理器。但到目前为止，他们主要存在于“工匠”空间中，以少量在学术实验室制作。

然而，在2020年6月1日发布的一项研究中，在自然电子学中，科学家们展示了CNFET在200毫米晶圆上的大量可以制造了CNFET，这些晶片是计算机芯片设计的行业标准。CNFET在美国商业硅制造设施和美国的半导体铸造中创建。

麻省理工学院研究人员证明了一种制造在制造硅基晶体管的商业设施中的碳纳米管晶体管的方法。这张照片显示了安东尼Ratkovich，左手和迈德D.主教，他握住硅晶片的一个例子。

在分析用于制作CNFET的沉积技术后，电气工程和计算机科学的麻省理工学院助理教授Max Shulaker，他的同事们与传统方法相比将制造过程加速了1,100次的变化，同时降低生产成本。该技术将碳纳米管边缘沉积到晶片上的边缘，14,400×14,400阵列CFNet分布在多个晶片上。

新的研究代表了自博士学位以来一直设计CNFET的守卫者，他表示“向前迈进，使得跨越生产级别设施”。

他补充说，弥合实验室和行业之间的差距是研究人员“往往有机会”的东西。“但这是新兴技术的重要立笛试验。”

该研究的其他麻省理工学院研究人员包括哈佛麻省理工学院健康科学和技术方案的博士学位，博士学位，博士学位。

解决意大利面问题

几十年来，基于硅的晶体管制造的改进使得价格降低并提高了计算的能效。然而，这种趋势可能会接近其结束，因为增加了集成电路的越来越多的晶体管，历史速率似乎不会增加能源效率。

Shulaker说，CNFET是一种有吸引力的替代技术，因为它们比基于硅基晶体管更高级别的节能“。

与硅基晶体管不同，在450至500摄氏度的温度下，CNFET也可以在接近室温下制造。“这意味着您可以在先前制造的电路层顶部建立电路层，以创建三维芯片，”南舒勒解释说。“你不能用基于硅的技术做到这一点，因为你会融化下面的层。”

他说，将投射到可能组合逻辑和内存功能的3D计算机芯片，这些芯片可以将逻辑和内存功能组合起来“击败由硅制成的最先进的2D芯片的性能”。

在实验室中构建CFNET的最有效方法之一是一种沉积称为孵育的纳米管的方法，其中晶片浸没在纳米管的浴中，直到纳米管粘在晶片表面上。

主教称，CNFET的性能大部分由沉积过程决定，这会影响晶片表面上的碳纳米管的数量及其取向。他们“要么在熟的意大利面条的随机取向上被粘在晶圆上，或者在与包装上的未煮过的意大利面条相同的方向上，它们仍然在包装中仍然对齐，”她说。

在CNFET中完美地对准纳米管，导致理想的性能，但是难以获得对准。“这真的很难在大型200毫米的晶圆上以完美的取向放下数十亿个小的1纳米直径的纳米管，”主教解释道。“要将这些长度缩放到上下文中，就像尝试在完美定向的干意大利面条中覆盖新汉普郡的整个状态。”

孵化方法，而工业实用，根本不对齐纳米管。Bishop说，他们最终将研究人员更加喜欢煮熟的意大利面，这是研究人员最初没有想到的。然而，在他们的实验之后，她和她的同事得出结论，简单的孵化过程将有效地生产可以优于基于硅的晶体管的CNFET。

CNFET超出烧杯

仔细观察孵化过程显示了研究人员如何改变该过程，使其对工业生产更加可行。例如，他们发现干循环，一种间歇地干燥浸没晶片的方法，可以显着降低孵育时间 - 从48小时到150秒。

另一种称为ACE（通过蒸发的人工浓度）在晶片上沉积少量纳米管溶液，而不是将晶片浸没在罐中。溶液的缓慢蒸发增加了碳纳米管的浓度和沉积在晶片上的纳米管的总密度。

Bishop说，在工业规模上可能在工业规模审判之前，必须进行这些变化，说：“在我们的实验室中，我们很好，让晶圆在烧杯中坐下一周，但对于一家公司，他们没有那种奢侈品。”

她说，帮助他们的“典雅简单的测试”，帮助他们了解和改进孵化方法，“证明对学术界可能没有的担忧非常重要，但当然，当他们看待建立新的过程时，肯定是行业。 “

研究人员与模拟设备，商业硅制造设施和Skywater技术，半导体铸造厂合作，使用改进的方法来制造CNFET。他们能够使用与两种设施用来制作硅基晶片的相同设备，同时也确保纳米管解决方案符合设施的严格化学和污染物要求。

“我们非常幸运能够与我们的行业合作者密切合作，了解他们的要求，并通过他们的意见迭代我们的发展，”主教说，伙伴关系有助于他们制定自动化，高批量和低成本的过程。

Shulaker补充说，这两家设施表明了“对研发和开发和探索边缘”的“认真承诺”。

“我们很高兴继续我们的工作，构建批判性基础设施，以实现CNFET的商业市场可用性。这项努力是一个关键的举措，以回到美国领先的先进计算，“天空国家总裁托马斯·索纳德曼说。

他说，已经进行的下一步，已经进行了已经进行的，将在工业环境中建立不同类型的集成电路，并探索3D芯片可以提供的一些新功能。“下一个目标是为了转换到人员将用于学习的东西，我认为这是朝这个方向的一个非常重要的一步。”

参考：“通过Mindy D. Bishop，Gage Hills，Tathagata Srimani，Christian Lau，Denis Murphy，Samuel Fuler，Jeffor，Anthony Ratkovich，Mark Nelson和Max M. Shulaker 2020年6月1日，Nature Electronics.doi：
10.1038 / s41928-020-0419-7