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普渡大學研究奈米碳管製作半導體電路
 

【CTIMES/SmartAuto 黃弘毅 報導】   2006年08月03日 星期四

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很多人都知道以矽晶圓微影技術所製作的半導體電路,有其物理上的發展極限,目前雖然在朝著45奈米,乃至低於35奈米以下的尺度前進,但極可能會受到光影技術的限制而難以達到實用的半導體製程。所以有關電子電路的發展議題,總是有許多已面臨灰暗且無以為繼的預測說法,市場上藉此來解釋因為某種限制顯然無法克服,電路的尺寸可能無法持續縮小的情況。

垂直式奈米碳管牆面的基質圖示 (Source:  Arttechniqa) BigPic:480x270
垂直式奈米碳管牆面的基質圖示 (Source: Arttechniqa) BigPic:480x270

事實上,現有光影技術遭遇到的問題,有的仍可做一些技巧性的解決,也因此發展了更高密度的製作模式,但實際的光影技法也已達到其極限,所以必需有新的原料來替代解決,新的原料也必須要有新的光學技術,但這並不是一個簡單的問題。而且更多的基礎上的問題,也隨著要降低每一單位的原子數量而產生,例如屆時許多量子效應將會呈現出來,工程師們必須停止思考小到有關費米(Fermi-10的負15次方米)能量層級的事,而必須開始考慮到每一個電子或某些原子構造的量子特性。

現在有一個可能的解決方案被提出來了,就是用單一或兩個的奈米碳管牆面(walled carbon nanotubes)來開發半導體電路。本來分子構造的奈米碳管牆面,直徑只有幾個奈米大小,但牆面則會達幾個微米之長,它們的電子特性是由其直徑所控制,所以此奈米碳管有多樣化的電子特性可以被整合在一起,形成製作一個複雜電路所需要的基本功能區塊。但不幸的是此一電路只能以水平式的狀態用在這個基質上,產生的單位尺寸仍是數個微米之大,對於現存的技術而言並無改善的用途。不過,美國普渡大學的研究人員已經實驗出讓單一奈米碳管牆面,以澱積方式培養成垂直式的構造,這表示單位尺寸原則上可以達到數個奈米的大小。

在垂直式的碳管構造中,也產生一些額外的好處,就是可能將這項技術往高容量方式生產。無論如何,最大且有長期利益的是不用再依賴過去的平版蝕刻技術(lithographic techniques),因為奈米管排除了目前面對平版印刷術的光影蝕刻與相關光學上的問題。

然而普渡大學的這份報告仍有一些警訊,首先雖說作者已經成功地製造出垂直式的單一奈米碳管牆面,但他們尚未建構出真正的電路,甚至也沒能證明如何控制加入兩個奈米管的方法。無論如何,明顯最大的問題還是植基在奈米管上的所有電路,目前並沒有能力快速且大量地放置所需要的每一個電路單元,如此從半導體工業的未來而言,反而變成比平版蝕刻技術的問題還多呢。

關鍵字: 製程材料類 
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