碳納米晶體管性能首超硅晶體管 摩爾定律還能繼續？

硅材料已經發展到瓶頸，根據著名的摩爾定律，晶元的集成度會每18個月到2年提升一倍,也就是說加工的線寬也隨著縮小一半,而且很多人認為,摩爾定律會一直延續到10a。

然而提出摩爾定律的人曾表示過，當達到10a之後，摩爾定律也將很難繼續有效了，因為硅材料的加工極限，大都認為是在10nm的線寬，而受到物理原理的制約,在小於10nm是不太可能生產出性能穩定和集成度高的產品，發展到現在就需要新的材料出現滿足晶元的要求。

而碳納米管被認為是最有可能代替硅的材料之一，摩爾定律是否終結又回開始一段的爭論。

近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校材料學家在該材料的研究取得了突破，成功研製出1英寸大小的碳納米晶體管，並且首次在性能上超越了硅晶體管和砷化鎵晶體管。而這一突破將會促進碳納米管在半導體電子器件等技術領域發展。

碳納米管的管壁只有一個原子厚，而這種材料也是最好的導電材料之一。另外，因為碳納米管的超小的空間能使它快速的改變流經它的電流方向，因此能達到5倍於硅晶體管的速度或能耗只有硅晶體管的1/5。

不過由於一些技術問題無法攻克，很長一段時間，碳納米晶體管的性能表現遠遠落後於硅晶體管和砷化鎵晶體管，所以無法應用到各類電子產品上。

根據材料工程學教授邁克·阿諾德和帕德瑪·高帕蘭領導的研究團隊在《科學進展》上發表的研究論文上介紹。最新的碳納米晶體管獲得的電流是硅晶體管的1.9倍，所以性能方面也是首次超越了目前技術水平最高的硅晶體管。

由於早前的製作方法落後，碳納米管內經常會混雜一些金屬納米管，這些金屬納米管又會造成電子裝置短路，就破壞了碳納米管的導電性能。威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員這次採用了新的技術，最終將金屬納米管的含量降到了0.01%以下，得到的超高純度的碳納米管，更好的提升了其導電性能。

除此之外，該研究團隊還研發出了溶解方法，能很好的移除碳納米管製造過程中所產生的殘渣。同時，威斯康星大學麥迪遜分校的材料工程學教授阿諾德表示，該研究同時克服了碳納米管面臨的眾多問題，最終也獲得了性能超過了硅晶體管的1英寸碳納米晶體管。而且碳納米管還有許多設想仍有待去實現，但我們終於在二十年後實現了這次趕超。

未來，在硅晶元不能被製造得更小，而碳納米晶體管的出現是更好的選擇，這也有可能是下一代半導體材料，繼而延續了摩爾定律。

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