納米碳晶體管

數十年來,科學家們一直嘗試利用納米碳管的獨特性能,創造速度更快、耗能更少的電子器材,令電池壽命變得更長、無線通訊速度更快、智能手機和手提電腦等電子設備處理速度更迅速。但是一直以來,多項難題卻阻礙了高效納米碳晶體管的發展,所以其性能一直比常用於電腦芯片的傳統矽半導體發展得慢。

但最近,美國威斯康辛大學麥迪遜分校的物料工程教授米高·阿諾德(Michael Arnold)和帕德瑪·高帕蘭(Padma Gopalan)成功研發了一種新型納米碳晶體管,性能首次超越矽晶體管。

電腦新紀元

他們將這一突破發表於週五(9月2日)的《科學進展》(Science Advances)期刊上。阿諾德說:「這項技術突破,實現了納米領域 20 年來的夢想,將會改變未來的高速通訊和其他半導體電子科技領域。」這項進展為納米碳晶體管代替矽晶體管打下了基礎,將能為電腦製造商和消費者提供性能更高的材料。

只有一層原子那麼薄的納米碳管一直被視為最有前景的下一代晶體管材料。而由於無線通訊需要在極小區域傳送極高的電流,這種新晶體管在此領域尤為有用。 根據單個納米管的測量推算,納米碳晶體管應該比矽晶體管快五倍或耗能少五倍。而由於納米管極微細的體積,電流穿過時能極快地改變電流,使無線通訊設備的頻寬可以顯著提升。

納米碳晶體管2
納米碳晶體管可增加未來處理器的速度

去除瑕疵

科學家一直以來正在努力地增加納米碳管的純度,因為金屬納米管等雜質可導致電器短路擾亂半導體性能。威斯康辛大學的研究隊伍使用了高分子材料分類作為半導體的納米管,使納米碳半導體達到極高純度。阿諾德解釋:「我們發現了在某一種特定條件下,可以去除幾乎所有金屬納米管,使最終只殘留 0.01% 的金屬雜質。」

目前兩位科學家正在以納米碳晶體管開發高性能的無線電頻率放大器,可以用以提高手機訊號。雖然現已可以製造出 1 英寸乘 1 英寸大小的晶圓片,但是他們仍在研究如何可以達到商業用的產量。

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