碳納米管可以大大縮小計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管尺寸，甚至能超過今天的硅開關(guān)的物理極限。但是，要做到這一點(diǎn)，碳納米管晶體管必須克服一個(gè)主要的障礙——納米管與向其注入電流的金屬接觸點(diǎn)之間的電阻。最近，IBM的研究者稱，他們已經(jīng)打破了這個(gè)障礙，為下一代芯片的核心技術(shù)鋪平了道路。

當(dāng)金屬接觸點(diǎn)的尺寸減小時(shí)，它和晶體管半導(dǎo)體通道之間的電阻會(huì)增加，這限制了裝置的表現(xiàn)。這對(duì)碳納米管晶體管來說是一個(gè)特別嚴(yán)重的問題，因?yàn)?，盡管IBM已經(jīng)造出了僅有10納米寬的通道，但金屬接觸點(diǎn)的尺寸卻不能相應(yīng)地縮小，相比之下十分龐大。

IBM解決這個(gè)問題的方法是使用了一種微觀的焊接程序，可以將金屬鉬制成的接觸點(diǎn)與碳納米管結(jié)合在一起，使得碳納米管的一端與接觸點(diǎn)相連。與其他接觸點(diǎn)生成過程不同，這個(gè)過程從化學(xué)上將金屬和碳納米管連接在了一起，形成了一個(gè)接觸點(diǎn)長度僅9納米、最小接觸點(diǎn)電阻僅為25～35千歐姆的碳納米管晶體管。

IBM納米設(shè)備與科技團(tuán)隊(duì)的Shu-Jen Han說：「最大的創(chuàng)新點(diǎn)不僅在于我們制造出了一個(gè)9納米的設(shè)備，還在于接觸點(diǎn)電阻不再受到接觸點(diǎn)尺寸的限制?！惯@項(xiàng)研究成果刊登在10月2日的《科學(xué)》雜志上。

傳統(tǒng)的晶體管通常將金屬接觸點(diǎn)的長邊沿著晶體管的半導(dǎo)體材料主體設(shè)置，使其與通道的接觸最長。相比之下，這個(gè)「端點(diǎn)相連」的方式讓IBM縮小了碳納米管晶體管的接觸長度，從300納米減小到10納米，而沒有增加任何接觸電阻。

硅晶體管已經(jīng)沿著摩爾定律的曲線發(fā)展了幾十年——即，每兩年，計(jì)算機(jī)芯片中晶體管的計(jì)算能力會(huì)翻一倍。但是，硅晶體管已經(jīng)開始接近它的物理極限了。

碳納米管有望成為硅晶體管的接班人。在不到20年的時(shí)間里，IBM已經(jīng)率先開發(fā)出尺寸比今天硅晶體管的一半還小的碳納米管晶體管。IBM最新的這項(xiàng)成果意味著它將繼續(xù)一往無前地制造更小的碳納米管晶體管。

Han認(rèn)為，這個(gè)突破將加速碳納米管晶體管的開發(fā)進(jìn)程。IBM希望這種端點(diǎn)相連的方式可以繼續(xù)縮小碳納米管晶體管的尺寸，達(dá)到1.8納米的尺度。這差不多相當(dāng)于未來4代晶體管的技術(shù)。

當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)室里制造一個(gè)碳納米管與真正的計(jì)算機(jī)芯片之間還有很長的路要走。IBM、斯坦福大學(xué)等高校和研究機(jī)構(gòu)都在獨(dú)立開發(fā)碳納米管密集陣列，有望與硅晶體管媲美。

Han和他的IBM團(tuán)隊(duì)下一步聚焦在提升這個(gè)最新碳納米管的可生產(chǎn)性和可靠性。但是首先，他們希望對(duì)鉬之外的其他金屬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以尋找能將接觸點(diǎn)電阻降得更低的材料。

Han指出，碳納米管不僅能為人們提供更快的電子設(shè)備，還能為柔性電子設(shè)備（比如可延展的導(dǎo)電光纖）提供材料。碳納米管還能用來制造微型傳感器和物聯(lián)網(wǎng)中無線連接的電子設(shè)備。