@ 2016.09.07 , 21:07

碳纳米管晶体管性能首次超越硅晶体管

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研究者们终于用碳纳米管造成性能更好的晶体管了。碳纳米管晶体管可以成为快速处理和无线传输的基材,它耗能更少,且电池寿命更长。

“这一成就是纳米技术过去20年来的梦想,”首席研究者,威斯康辛大学麦迪逊分校材料科学教授Michael Arnold说。这一里程碑式的突破将会改变高速通信和其他电子系统,他补充到。

不仅于此,碳纳米管晶体管有望代替硅晶体管,为计算机产业带来翻天覆地的变化。这一突破对移动技术尤为重要,因为它需要在更小的范围内产生更多的电流。

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威斯康辛大学麦迪逊分校Michael Arnold教授(右)

该突破提出了一个可能,即碳纳米管晶体管能不能替代现有的传统晶体管。

碳纳米管电阻的电流比硅晶体管高1.9倍,研究者们用外推法预测它们将比硅晶体管快5倍。然而,金属杂质会影响纳米管的半导体性能,目前的技术能力还很难生产出可以用在电子产品上的纯净纳米管。研究者们则设法造出了超高纯度半导体碳纳米管。

科学家们成功找出了可以将纯净纳米管从不纯净物中分离出来的特定条件,仅剩余0.01%的金属杂货。

纳米管的布局和排列也依旧是个难题。在2014年,威斯康辛大学麦迪逊分校的研究者们克服这一困难,他们发明了一种叫做「悬浮蒸汽自组装」的方法,从而可以控制这一过程。

在六边形结构中,碳原子之间被强有力地键连起来,碳纳米管可以产生一种叫做「电子离域」的现象,电荷可以在其中自由穿行。

之前用来分离纯净半导体纳米管的步骤也将纳米管从电导电极中隔离开来。这是因为碳纳米管集束很难形成高传导触头,这会导致电导率以及FETs开关电流比下降。

在21世纪,晶体管技术发展的重要性不是简单几句话就能说清的。研究团队正在让这一技术适应硅晶体管的几何结构。

Arnold和他的同事们将碳纳米管晶体管和同等大小、泄漏电流和几何结构的硅晶体管作比较。“我们觉得它配得上一个大新闻。”从长远来看,比如10年后,碳纳米管晶体管可能会在计算机行业中普遍使用。但是碳纳米管晶体管在分类、加工、排序和触头等方面的限制也带来了非理想特性,尤其当碳纳米管晶体管被紧密封装在并行阵列中时。所以碳纳米管晶体管离实际应用还有很长的路要走。

该研究已经发表在Science Advances上。

本文译自 crcconnection,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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