得益于研究人員的持續(xù)推進(jìn)，碳納米 管器件現(xiàn)在正在越來(lái)越接近硅的能力，最新的進(jìn)展也在最近舉辦的IEEE電子器件會(huì)議IEDM上揭曉。會(huì)上，來(lái)自臺(tái)積電，加州大學(xué)圣地亞哥分校和斯坦福大學(xué)的工程師介紹了一種新的制造工藝，該工藝可以更好地控制碳納米管晶體管。這種控制對(duì)于確保在邏輯電路中充當(dāng)晶體管的晶體管完全關(guān)閉時(shí)至關(guān)重要。 yj(vkifEB  
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近年來(lái)，人們對(duì)碳納米管晶體管的興趣有所增加，因?yàn)樗鼈冇锌赡鼙裙杈�體管更進(jìn)一步縮小尺寸，并提供一種生產(chǎn)電路堆疊層的方法比在硅中做起來(lái)容易得多。 3o|I[!2.  
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該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種生產(chǎn)更好的柵極電介質(zhì)（gate dielectric）的工藝。那是柵電極和晶體管溝道區(qū)之間的絕緣層。在操作中，柵極處的電壓會(huì)在溝道區(qū)中建立電場(chǎng)，從而切斷電流。 c$QX)V  
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然而，隨著幾十年來(lái)硅晶體管的規(guī)�？s小，由二氧化硅制成的絕緣層必須越來(lái)越薄，以便使用較少的電壓來(lái)控制電流，從而降低了能耗。最終，絕緣屏障非常薄，以至于電荷實(shí)際上可以通過(guò)它隧穿，從而帶來(lái)電流泄漏并浪費(fèi)能量。 =?(~aV  
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大約十多年前，硅半導(dǎo)體工業(yè)通過(guò)切換到新的介電材料二氧化鉿（hafnium dioxide）解決了這個(gè)問(wèn)題。與先前使用的二氧化硅相比，該材料具有較高的介電常數(shù)（high-k），這意味著相對(duì)較厚的高k介電層在電氣上等效于非常薄的氧化硅層。 }/,CbKi,+  
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碳納米管晶體管還使用HfO 2柵極電介質(zhì)。碳納米管的問(wèn)題在于，它們不允許在控制按比例縮小的設(shè)備所需的薄層中形成電介質(zhì)。 DF{Qw@P!  
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沉積high-k電介質(zhì)的方法稱(chēng)為原子層沉積。顧名思義，它一次可建造一個(gè)原子層的材料。但是，它需要一個(gè)開(kāi)始的地方。在硅中，這是在表面自然形成的原子的原子薄層。 l@hjP1o  
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碳納米管不提供這種立足點(diǎn)來(lái)開(kāi)始沉積。它們不會(huì)自然形成氧化物層，畢竟二氧化碳和一氧化碳都是氣體。納米管中任何會(huì)導(dǎo)致所需“懸掛鍵”（dangling bonds）的缺陷都會(huì)限制其傳導(dǎo)電流的能力。 92'wkS  
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到目前為止，在碳納米管上生長(zhǎng)一層薄薄的high-k電介質(zhì)二氧化鉿是不可能的。斯坦福大學(xué)和臺(tái)積電的研究人員通過(guò)在它們之間添加中間k介電層解決了這一問(wèn)題。 $.489x+'Z  
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“形成high-k電介質(zhì)一直是一個(gè)大問(wèn)題。” 領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的臺(tái)積電（TSMC）首席科學(xué)家，斯坦福大學(xué)教授Philip Wong（黃漢森）說(shuō)�！耙虼四�必須將比納米管更厚的氧化物傾倒在納米管的頂部，而不是在縮小的晶體管中”，黃漢森建議。“要了解為什么這是一個(gè)問(wèn)題，可以想象一下柵極電壓的作用，就是試圖用腳踩踏來(lái)阻止水流過(guò)花園軟管。如果在腳和軟管之間放一堆枕頭（類(lèi)似于厚的門(mén)氧化物），則枕頭會(huì)變得更難”，黃漢森進(jìn)一步指出。 m%8qZzqk  
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臺(tái)積電的Matthias Passlack和UCSD的Andrew Kummel教授提出了一種解決方案，將HfO2的原子層沉積與沉積中間介電常數(shù)材料氧化鋁的新方法結(jié)合在一起。Al2O3是使用UCSD發(fā)明的納米霧工藝沉積的。像水蒸氣凝結(jié)形成霧一樣，Al2O3凝結(jié)成簇，覆蓋納米管表面。然后可以使用該界面電介質(zhì)作為立足點(diǎn)開(kāi)始HfO2的原子層沉積。
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