要聞 3nm之後，晶片製造何去何從？ 2020年6月13日 11:48:04 智通財經網

後摩爾技術有很多選擇，如三星正在推動的GAA和FinFET發明者胡正明教授正在推動的負電容電晶體都是當中的代表，碳納米管則是另一撥人堅持的流派。

碳納米管技術的原子量級的管徑保證了器件具有優異的柵極靜電控制能力，更容易克服短溝道效應。

其超高的載流子遷移率則保證器件具有更高的性能和更低的功耗。

所以這種材料被認為是構建亞10納米電晶體的理想材料。而多個理論研究也表明，碳納米管器件相對於矽基器件來說在速度和功耗上具有5-10倍的優勢，有望滿足「後摩爾時代」集成電路的發展需求。

碳納米管的應用不僅僅是可能將現有的技術繼續向前推進幾個技術節點，而是可能提供一個全新的可能性。

已經證明，碳納米管技術可以用一個簡單的平面工藝一直走到物理極限，而不需如矽技術那樣發展更複雜的三維電晶體技術，例如FinFET，來降低短溝道效應。

另外，就是碳納米管技術是一個低溫技術，可以製備三維的晶片。要知道，矽晶片堆疊的最大障礙就是散熱。如果是低溫技術，理論上可以無限堆疊。

這為未來的晶片製造打開了一個廣闊的空間，有望將現有的晶片性能提高上千倍。

2017年，北京大學信息科學技術學院彭練矛-張志勇課題組就研究出了5納米碳納米管CMOS器件，將電晶體性能推至理論極限。

彭教授的團隊製作了一個由14000個碳納米管電晶體組成處理器。這個成功意義非凡，標誌着碳納米管CMOS技術正在快速走向成熟，走向應用這個事實。

這對於沒有完全掌握先進半導體製備技術(例如FinFET以及在未來3納米技術節點可能出現的納米線、納米片技術)的中國半導體產業來講至關重要

這是一個全新的框架，全新的路徑，極有可能也是中國半導體技術真正的未來希望。

碳納米管技術是一個基礎技術，將來有可能對電子技術的方方面面都會產生重大影響。

目前製備的小尺度碳納米管電晶體的綜合性能超過商用矽基14納米電晶體十幾倍。

在彭教授看來，碳納米管的製造乃至商用，面臨最大的問題還是決心，國家的決心。若國家拿出支持傳統集成電路技術的支持力度，加上產業界全力支持，3-5年應當能有商業碳基晶片出現，10年以內碳基晶片開始進入高端、主流應用。

附錄：Carbon Nanotubes for Digital Logic (from IBM 2015)

(編輯：程翼興)