拜偉大的摩爾定律所賜，幾十年來(lái)微芯片技術(shù)一次又一次地突破了工藝極限，現(xiàn)在英特爾的第三代Corei系列處理器已經(jīng)用上了22納米工藝，英特爾還認(rèn)為到2020年這個(gè)數(shù)字還可以縮小到5納米。但是到那時(shí)，硅基芯片的物理極限就很可能成為不可逾越的障礙。因此，人們的唯一出路就是使用另一種技術(shù)來(lái)制造處理器。人們也一直在努力尋找能夠替代當(dāng)前硅芯片的物質(zhì)，碳納米管（CNT）就是主要的研究方向之一，而現(xiàn)在，IBM的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)將碳納米管芯片技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。

碳納米管是一種非常小的管狀六邊形結(jié)構(gòu)碳原子。IBM日前宣布，他們的一個(gè)八人研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到一種能夠準(zhǔn)確地將它們放在電腦芯片上的方法。這種方法能比以前的方法排列的碳納米管要密集100倍，是減少芯片制造成本最關(guān)鍵的一步，而且IBM已經(jīng)制造出一塊用1萬(wàn)個(gè)碳納米管晶體管的芯片。

一旦現(xiàn)在的硅晶體管技術(shù)發(fā)展到了盡頭之后，這項(xiàng)新的技術(shù)有望幫助碳納米管成為硅的替代品。現(xiàn)在的芯片是由一個(gè)個(gè)極小的電子開(kāi)關(guān)，即晶體管組成的，而碳納米管則會(huì)替代在這些晶體管里輸送電流的硅通道。

IBM的技術(shù)可以在兩個(gè)電觸頭之間排列單個(gè)或一對(duì)碳納米管。碳納米管連接兩端的源極和漏極，是制造晶體管最基本的部分。

IBM的技術(shù)可以在兩個(gè)電觸頭之間排列單個(gè)或一對(duì)碳納米管。碳納米管連接兩端的源極和漏極，是制造晶體管最基本的部分。

碳納米管具有硅的半導(dǎo)體特性，而這種特性是它成為芯片晶體管的關(guān)鍵。當(dāng)接通電流時(shí)它們有極好的傳輸電子的能力。但是芯片制造者必須找出一種可以大規(guī)模的非常精確地排列碳納米管的方法，這樣的電腦芯片才有可能走向?qū)嵱秒A段。

IBM日前在《自然納米技術(shù)》發(fā)布的研究報(bào)告稱，結(jié)合化學(xué)方法，他們可以將單個(gè)的碳納米管放置在他們想要放的特殊的溝道里。而且在構(gòu)造碳納米管場(chǎng)效應(yīng)裝置（CNTFET）時(shí)，能夠達(dá)到每平方厘米10億個(gè)納米管的密度。

IBM研究者檢查有碳納米管的芯片晶片。晶圓的表面有兩種物質(zhì)，分別是二氧化硅和二氧化鉿，二氧化鉿形成的溝道能夠吸引碳納米管附著，而二氧化硅則不能。

IBM研究者檢查有碳納米管的芯片晶片。晶圓的表面有兩種物質(zhì)，分別是二氧化硅和二氧化鉿，二氧化鉿形成的溝道能夠吸引碳納米管附著，而二氧化硅則不能。

“這種能精確整齊地放置單個(gè)納米管的能力使制造出大量單-CNT晶體管成為可能。”論文中的研究者提到，“使用這種放置方法，我們制造出了CNTFET陣列，并且在一個(gè)芯片上放置了一萬(wàn)多個(gè)碳納米管。”

整個(gè)制造過(guò)程需要用到多種技術(shù)。第一步是準(zhǔn)備晶圓（wafer）。晶圓是生產(chǎn)集成電路用的載體，此過(guò)程與現(xiàn)在的傳統(tǒng)微處理器所使用的相同。在其上表面涂有兩層物質(zhì)，第一層是二氧化鉿，在這上面再涂一層特殊的二氧化硅，使得二氧化鉿能夠有一部分暴露在外面，這個(gè)部分就是要與碳納米管結(jié)合的溝道。然后在二氧化鉿上涂上一層非常薄的化學(xué)材料NMPI。

下一步是準(zhǔn)備碳納米管。它們被包裹在一種類(lèi)似肥皂的表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）里，將它們?nèi)茉谒校缓髮⒕A浸入溶液中。

表面活性劑和NMPI產(chǎn)生互相吸引的化學(xué)反應(yīng)，使碳納米管結(jié)合到二氧化鉿的溝道里。IBM的這個(gè)方法可以用來(lái)整齊的將納米管放入狹窄的溝道網(wǎng)格里。

IBM還建造了一個(gè)與碳納米管連接的分離裝置，這樣它們的性能就可以被測(cè)量出來(lái)了。

圖中的黑線就是被置入進(jìn)溝道的碳納米管，可以看見(jiàn)不是每個(gè)納米管的位置都很精準(zhǔn)。放置的越準(zhǔn)確，碳納米管被用作電腦芯片的半導(dǎo)體器件的可能性越大。

圖中的黑線就是被置入進(jìn)溝道的碳納米管，可以看見(jiàn)不是每個(gè)納米管的位置都很精準(zhǔn)。放置的越準(zhǔn)確，碳納米管被用作電腦芯片的半導(dǎo)體器件的可能性越大。

雖然碳晶體管的前景非常光明，但是也只是計(jì)算領(lǐng)域“后硅時(shí)代”的候選者之一。其它的選擇還有：與碳納米管很相近的石墨烯；把硅換成其它元素如銦，砷和鎵；硅光子，用光來(lái)代替電子來(lái)傳送信息；自旋電子；另外還有一些更科幻的可能，比如DNA計(jì)算和量子計(jì)算。而IBM并沒(méi)有保證這項(xiàng)技術(shù)將在商業(yè)上可行，但是他們的論文中已經(jīng)對(duì)此表示了樂(lè)觀的態(tài)度，更重要的是，這個(gè)過(guò)程可以與目前的芯片制造技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合。

“這種新的置入技術(shù)實(shí)施起來(lái)不難，只需要一些普通的化學(xué)材料和處理過(guò)程，而且為將來(lái)的CNTFET的實(shí)驗(yàn)性研究提供了一個(gè)平臺(tái)。”論文中提到。“此外，這些結(jié)果顯示，這種通過(guò)化學(xué)手段使其自組裝的CNT置入方法，對(duì)于發(fā)展可行的CNT邏輯電路技術(shù)是很有希望的，并且可與現(xiàn)存的半導(dǎo)體制造技術(shù)相結(jié)合。”