来自IBM的研究人员在2017年6月30日最新出版的《科学》杂志上，公布了一种全新的晶体管制造方法，使用碳纳米管来替代传统的硅基CMOS工艺，打造出世界最小晶体管。 

　　使用碳纳米管替代传统硅基晶体管最大的难度在于，如果要达到理想的性能，碳纳米管截面直径要达到100纳米左右，这比目前的硅晶体管要大得多。为减少这个数字，IBM托马斯·沃森研究中心的研究团队使用钼金属来直接接驳碳纳米管端部，从而减小了体积。同时还添加了钴，使得这种连接在较低温度下也能生效。研究中还解决了一个重要问题，那就是如何在触点间传输足够的电流。研究人员通过在相邻晶体管之间平行放置由数根碳纳米管组成的纳米线解决了该问题。最终，整个晶体管的接脚面积被压缩到了40平方纳米。这个数字成为了“国际半导体技术发展路线图”（ITRS）近十年来的新标杆。而且随后的测试表明，IBM研究团队开发碳纳米管晶体管比目前的硅晶体管速度更快、效率更高。 

　　晶体管能够缩小到如此小的尺寸，要归功于用碳纳米管代替硅作为晶体管间的通道。碳纳米管的厚度只有1纳米，这样的厚度在静电场上有着显著的优势，可以让器件的栅极长度降低到10纳米，且不会造成短沟道效应给器件性能带来的不利影响。纳米管的另一个好处就是拥有更快的电子传输速度，这对于提升器件性能无疑是至关重要的。 

　　晶体管微型化的另一个关键在于采用“端点连接技术”，IBM展示的这种端点连接技术可以使晶体管的粘接部位长度从300纳米缩小到仅10纳米，而且不会增加电阻。此外，保证低温状态下的稳定连接也是一个难题，研究人员在反复试验后发现，钴钼合金在碳纳米管粘接上有着出乎意料的优势：一方面，钼能保证合金的热稳定性；另一方面，钴则起到了在相对较低温度下进行连接的催化剂作用。将两种金属的特征相结合，可以避免碳纳米管粘合金属时所需的650摄氏度高温。 

　　该论文联合作者、IBM沃森研究中心研究员曹庆（Qing Cao）表示，作为一项全新技术，在高性能纳米管逻辑晶体管真正成为商业化技术之前，还有一些制程方面的问题需要解决。目前阶段的主要挑战是器件的稳定性，但最终团队希望能将数十亿纳米管晶体管集成到功能电路中。 

　　张娟 摘编自 

　　http://science.sciencemag.org/content/356/6345/1369