基于石墨烯的納米電子平臺問世,可與傳統(tǒng)的微電子制造兼容
IT之家 12 月 23 日消息,隨著芯片制造行業(yè)工藝微縮這條路逐漸走到盡頭,納米電子學(xué)領(lǐng)域急需找出一種硅的替代材料,而大家近十年來最期待的石墨烯已經(jīng)有所應(yīng)用,不過大概依然是無法在短時間內(nèi)走向市場。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202212/442038.htm美國佐治亞理工學(xué)院專家中的專家沃爾特?德?希爾(Walter de Heer)率先開發(fā)出了一種新的基于石墨烯的納米電子學(xué)平臺 —— 單片碳原子,與傳統(tǒng)的微電子制造兼容,為人類從硅材料轉(zhuǎn)向新材料鋪平了道路。
IT之家了解到,相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然?通訊》雜志上。
該團隊還新發(fā)現(xiàn)了一種可能的準粒子。他們的發(fā)現(xiàn)有助于人類制造出更小、更快、更高效和可持續(xù)的計算機芯片,并對量子和高性能計算產(chǎn)生潛在影響。
官方表示,該技術(shù)有助于制造出更小、更快、更高效和更可持續(xù)的計算機芯片,并對量子和高性能計算具有潛在影響。
“石墨烯的力量在于其扁平的二維結(jié)構(gòu),由已知最強的化學(xué)鍵連接在一起,”de Heer 介紹稱,“從一開始就很明顯,石墨烯的小型化程度要比硅強得多,可以制造出更小的設(shè)備,同時可以用更高的速度運行,產(chǎn)生的熱量也小得多。這意味著,在原則上,石墨烯芯片可以比硅芯片封裝更多的元器件?!?/p>
2001 年,de Heer 提出了一種基于外延石墨烯的另一種電子形式,他發(fā)現(xiàn)在碳化硅晶體頂部自發(fā)形成了一層石墨烯,而碳化硅晶體是一種用于大功率電子設(shè)備的半導(dǎo)體。
當時,研究人員發(fā)現(xiàn)電流可以沿著外延石墨烯的邊緣“無阻力”流動,并且石墨烯器件可以在沒有金屬線的情況下無縫連接。這種組合可以制造出一種依賴于石墨烯電子獨特的類光性質(zhì)的電子形式。
de Heer 說:“在低溫下,碳納米管中已經(jīng)觀察到量子干涉,我們希望在外延石墨烯帶和網(wǎng)絡(luò)中看到類似的影響。”“石墨烯的這一重要特性是硅無法實現(xiàn)的。”
為了創(chuàng)建新的納米電子學(xué)平臺,研究人員在碳化硅晶體基板上搭建了一種改良形式的外延石墨烯。他們與中國天津大學(xué)國際納米粒子和納米系統(tǒng)中心的研究人員合作,用電子級碳化硅晶體生產(chǎn)出了獨特的碳化硅芯片。
研究人員使用電子束光刻(微電子學(xué)中常用的一種方法)來雕刻石墨烯納米結(jié)構(gòu)并將其邊緣焊接到碳化硅芯片上。最后,為了測量他們的石墨烯平臺的電子特性,該團隊還使用了一種低溫設(shè)備,使他們能夠記錄從接近零的溫度到室溫的特性。
他們發(fā)現(xiàn),石墨烯邊緣態(tài)觀察到的電荷類似于光纖中的光子,可以在不散射的情況下傳播到距離很遠的地方。他們發(fā)現(xiàn)電荷在散射前沿著邊緣移動了數(shù)萬納米,而先前技術(shù)中的石墨烯電子只能行進約 10 納米。
與研究人員預(yù)期相反的是,此邊緣電流并不是由電子或空穴產(chǎn)生的,而是由一種獨特的準粒子所引發(fā)的現(xiàn)象。奇怪的是,這種準粒子既沒有電荷也沒有能量,但運動時毫無阻力。此外,他們還觀察到混合準粒子的成分在石墨烯邊緣的相對側(cè)移動。
這種獨特的性質(zhì)表明,他們所發(fā)現(xiàn)的準粒子可能是物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谧穼さ哪欠N準粒子,也就是意大利理論物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納 (Ettore Majorana) 于 1937 年預(yù)言的馬約拉納費米子。
“在無縫互連的石墨烯網(wǎng)絡(luò)中使用這種新的準粒子開發(fā)電子產(chǎn)品正在改變游戲規(guī)則,”de Heer 說。
不過大家不要高興地太早,任何事物都無法一蹴而就。根據(jù) de Heer 的說法,我們可能還需要 5 到 10 年的時間才能看到第一個基于石墨烯的電子產(chǎn)品。但得益于這種新的石墨烯平臺,此類技術(shù)比以往任何時候都更接近成熟。
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