CICC:石墨烯將在2024年取代CMOS半導體技術

CMOS半導體技術將在2024年7nm制程時代面臨窘境，而石墨烯可望脫穎而出，成為用來取代這項技術的最佳選擇──這是根據近日于美國加州舉行的IEEE定制積體電路大會(CICC)一場專題演講上所發表的看法。

    「石墨烯已經展現出最終將取代矽晶微型晶片的多種可能了，但我個人認為最早還要再過十年，直到矽晶材料達到極限以后，我們才會看到石墨烯應用出現�！姑绹鴨讨蝸喞砉�學院(Georgia Institute of Technology)電子與電腦工程學教授James D. Meindl表示。他同時也是該校奈米技術研究中心的創始總監，該研究中心致力于石墨烯的研究已有五年之久了。

    在2024年時，矽晶 MOSFET 在可制造的通道長度以及可支援的絕緣閘厚薄方面將會達到瓶頸，Meindl援引國際半導體技術藍圖(ITRS)的預測表示。

    在成為取代CMOS的替代材料之前，石墨烯也面臨著許多挑戰�！肝覀儽仨氃谑�墨烯薄片上制造出數十億個電晶體，但我們目前所能制造的電晶體數量極少，」Meindl說。

    英國曼徹斯特大學(University of Manchester )的研究人員們在2004年的一項研究中發現了這種新材料。這項獲得諾貝爾獎(Nobel Prize)的研究貢獻在于找到了一種可制造單層碳原子的新方法。Meindl回想，「當時沒有人認為可以做到這一點，但對于讓單層碳原子以六角形蜂巢晶格完美排列后所能實現的應用來說，那其實只是一個起點。」

    截至目前為止，研究人員們已經發現了至少兩種可用于制造石墨烯的技術了。他們還在這種材料中制造出一些「相當粗糙」的有效電晶體。

    相較于銅互連技術來說，石墨烯電晶體還具有更好的導電與導熱性，以及更高的載流量。用來制造MEMS時，石墨烯也非常具有吸引力，Meindl說。

    「迄今為止，最令人印象深刻的石墨烯電晶體一直是RF電晶體」，例如用于500GHz類比訊號應用的放大器，Meindl并接著說，「而石墨烯開關則由于其漏電流等多種原因限制，使其較難以制造�！�

    Meidl的實驗室正致力于研究如何制造出15nm線寬石墨帶的方法，使其作為能將石墨烯開關打造的像矽晶開關一樣快速且具功效的建構基礎。但其主要挑戰在于制造出邊緣毫不受損的石墨帶，以避免導致材料正向特質的退化。

    截至目前為止，喬治亞理工學院各工程系所的近700名研究人員們已參訪了Meindl的實驗室并探索石墨烯材料�！肝覀兊募夹g有趣之處在于它像工程學一樣廣泛，而且幾乎就和物理科學一樣廣泛了，」他說。

    CICC大會議程中還包括一系列探討有線、無線和光通訊到時脈、PLL、ADC和功率元件等各種研究主題的論文發表。此外還包括討論 3D 晶片堆疊以及生物醫學技術等特殊議題。