CICC:石墨烯将在2024年取代CMOS半导体技术

CMOS半导体技术将在2024年7nm制程时代面临窘境，而石墨烯可望脱颖而出，成为用来取代这项技术的最佳选择──这是根据近日于美国加州举行的IEEE定制积体电路大会(CICC)一场专题演讲上所发表的看法。

「石墨烯已经展现出最终将取代矽晶微型晶片的多种可能了，但我个人认为最早还要再过十年，直到矽晶材料达到极限以后，我们才会看到石墨烯应用出现。」美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)电子与电脑工程学教授James D. Meindl表示。他同时也是该校奈米技术研究中心的创始总监，该研究中心致力于石墨烯的研究已有五年之久了。

在2024年时，矽晶 MOSFET 在可制造的通道长度以及可支援的绝缘闸厚薄方面将会达到瓶颈，Meindl援引国际半导体技术蓝图(ITRS)的预测表示。

在成为取代CMOS的替代材料之前，石墨烯也面临着许多挑战。「我们必须在石墨烯薄片上制造出数十亿个电晶体，但我们目前所能制造的电晶体数量极少，」Meindl说。

英国曼彻斯特大学(University of Manchester )的研究人员们在2004年的一项研究中发现了这种新材料。这项获得诺贝尔奖(Nobel Prize)的研究贡献在于找到了一种可制造单层碳原子的新方法。Meindl回想，「当时没有人认为可以做到这一点，但对于让单层碳原子以六角形蜂巢晶格完美排列后所能实现的应用来说，那其实只是一个起点。」

截至目前为止，研究人员们已经发现了至少两种可用于制造石墨烯的技术了。他们还在这种材料中制造出一些「相当粗糙」的有效电晶体。

相较于铜互连技术来说，石墨烯电晶体还具有更好的导电与导热性，以及更高的载流量。用来制造MEMS时，石墨烯也非常具有吸引力，Meindl说。

「迄今为止，最令人印象深刻的石墨烯电晶体一直是RF电晶体」，例如用于500GHz类比讯号应用的放大器，Meindl并接着说，「而石墨烯开关则由于其漏电流等多种原因限制，使其较难以制造。」

Meidl的实验室正致力于研究如何制造出15nm线宽石墨带的方法，使其作为能将石墨烯开关打造的像矽晶开关一样快速且具功效的建构基础。但其主要挑战在于制造出边缘毫不受损的石墨带，以避免导致材料正向特质的退化。

截至目前为止，乔治亚理工学院各工程系所的近700名研究人员们已参访了Meindl的实验室并探索石墨烯材料。「我们的技术有趣之处在于它像工程学一样广泛，而且几乎就和物理科学一样广泛了，」他说。

CICC大会议程中还包括一系列探讨有线、无线和光通讯到时脉、PLL、ADC和功率元件等各种研究主题的论文发表。此外还包括讨论 3D 晶片堆叠以及生物医学技术等特殊议题。