碳納米晶體管性能首次超越硅晶體管

發布時間:2016-09-22      點擊:

    中國證券網需 美國研究人員6日宣布,他們成功制備出一種碳納米晶體管,其性能首次超越現有硅晶體管,有望為碳納米晶體管將來取代硅晶體管鋪平道路。

  據新華社9月7日報道,硅是目前主流半導體材料,廣泛應用于各種電子元件。但受限于硅的自身性質,傳統半導體技術被認為已經趨近極限。碳納米管具有硅的半導體性質,科學界希望利用它來制造速度更快、能耗更低的下一代電子元件,使智能手機和筆記本電腦等設備的電池壽命更長、無線通信速率和計算速度更快。

  但長期以來,碳納米管用作晶體管面臨一系列挑戰,其性能一直落后于硅晶體管和砷化鎵晶體管。美國威斯康星大學麥迪遜分校研究人員在新一期美國《科學進展》雜志上介紹了他們克服的多重困難。

  首先是提純問題。碳納米管內往往混雜一些金屬納米管,容易造成類似電子設備中的短路效應,干擾碳納米管的半導體性能。但研究人員發明出一種高分子聚合物提純技術,成功把碳納米管中的金屬納米管含量降低至0.01%以下。

  第二個挑戰是碳納米管的陣列控制極其困難。要獲得性能良好的晶體管,必須按適當的順序組合碳納米管,使它們之間保持恰當的距離。為此,研究人員開發出一種叫“浮動蒸發自組裝”的技術,解決了這一難題。

  第三個挑戰是碳納米管必須與晶體管的金屬電極保持良好的電接觸。研究人員在提純過程中使用的聚合物在碳納米管與金屬電極之間形成了絕緣層,為此他們把碳納米管放入真空容器中“烘烤”去除絕緣層,并通過熔解的方法去掉殘留雜質,從而保證了良好的電接觸。

  最終,研究人員獲得的碳納米晶體管的電流承載能力是硅晶體管的1.9倍,并在此基礎上成功研制出2.54厘米見方的晶片。下一步,他們將努力把這一工藝擴展至商業生產水平。

  研究負責人之一邁克爾·阿諾德教授在一份聲明中說,這是一個“重大里程碑”,是推動碳納米管在高速通信以及其他半導體電子技術方面應用的關鍵一步,有助于繼續推進計算機行業有關性能的高速發展,尤其是在無線通信技術方面。

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