由互补碳纳米管晶体管构成的RV16X-NANO 150毫米晶圆。每个晶圆包含32个裸片。

Shulaker说:“‘DREAM’是一个很有意义的双关语,因为它就是梦想的解决方案。它使我们可以购买现成的碳纳米管,将它们放到晶圆上,然后如常构建我们的电路,不需要做任何特殊的处理。”

剥离与调整

CNFET的制造始于将溶液中的碳纳米管沉积到预先设计好晶体管架构的晶圆上。但是,一些碳纳米管会不可避免地随机粘在一起,形成大的束状物(就像意大利面条串成的小球一样),从而在芯片上形成大颗粒污染。

为了清除这种污染,研究人员们发明了RINSE方法(意思是通过选择性剥离方式移除凝聚的碳纳米管)。首先用一种试剂对晶圆进行预处理,以促进碳纳米管的粘附。然后,将某种聚合物涂覆在晶圆上并把它浸入特殊溶剂中。溶剂洗刷掉了聚合物,也带走了那些碳纳米管束状物,而单个碳纳米管仍然粘在晶圆上。与类似方法相比,这种技术可以使芯片上的颗粒密度降低约250倍。

最后,研究人员还解决了CNFET常见的功能性问题。二进制计算需要两种类型的晶体管:“N”型晶体管,导通为1,截止为0;“P”型晶体管与之相反。采用传统技术用碳纳米管制造这两种类型的晶体管是比较困难的,通常会产生性能各异的晶体管。为解决这个问题,研究人员开发出一种称为MIXED的技术(Metal interface engineering crossed with electrostatic doping,金属表面工程与静电掺杂交叉),该技术可精确调整并优化晶体管功能。

采用这种技术,可以将特定金属(如铂或钛)附着在每个晶体管上,从而将晶体管固定为P型或N型。然后,通过原子层沉积技术将氧化物涂覆在CNFET表面,以此来调整晶体管特性使之适用于特定的应用。例如,服务器通常需要运行速度快但耗能耗电高的晶体管,而可穿戴设备和医疗植入物则需要速率不高、低功率的晶体管。

所有这些研究的目标都是将碳纳米管芯片变为现实。为此,研究人员已经开始将这些制造技术应用于硅芯片晶圆厂,该研究工作得到了DARPA其中一个项目的支持。虽然没人知道完全由碳纳米管制成的芯片什么时候会上市,但Shulaker认为这个时间可能不到五年。“我们认为这不再是有或无的问题,而是何时的问题,”他说。

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