長期以來，科學家一直有興趣研發碳奈米管(CNT)奈米電子裝置，但卻因無法提供裝置的一致性，離實際應用仍有段距離。最近美國IBM的研究人員發現奈米碳管電晶體的變異性(variability)並非源自碳管，且可藉改良沉積法及採用更好的介電材料加以改善。 近年來矽電晶體不斷縮小，正快速接近最小尺寸極限；短通道效應以及持續增加的晶片功率密度可能使其無法繼續滿足摩爾定律(Moore’s Law)。幸好，還有其他選擇。IBM的Qing Cao表示，他們的研究目的在於讓奈米碳管電晶體成為實用技術，並在未來取代高效能微處理器晶片中的矽電晶體。 奈米碳管具有優異的短通道控制表現，與金屬接觸面間的電阻率低，且在相同導通電流密度下消耗功率更低。唯一的缺點在於碳管間一致性不足。Cao表示，若想將數以十億計的奈米碳管整合成可運作的電路，電晶體的一致性必須很好，才能在相同電壓下運作。 為了找出變異性的來源，IBM團隊製作了數百個以單壁式CNT為p通道及10 nm厚HfO2為閘極介電層的電晶體，經系統性實驗後，該團隊發現造成裝置效能變異性的主因並非奈米碳管直徑大小差異，而是氧化層所夾帶的被補獲的電荷。 Cao認為雖然實驗結果顯示有機會使用奈米碳管電晶體製造實用電路，現行裝置變異性仍需要大幅降低。他相信藉由控制奈米碳管來源以及沉積法，變異性應可獲得改善。此外，使用高品質、不含自由表面的介電材料也應該有所幫助。 該團隊未來將嘗試找出被補獲的電荷來源，確定它們主要是來自氧化層的懸鍵、製造過程中氧化層損害所產生的副產品或奈米碳管溶液的殘留物，以期予以清除。詳見ACS Nano 9, pp.1936-44 (2015)。 |