MIT 科學家成功以奈米碳管製成電腦微處理器
麻省理工學院（MIT）研究團隊成功以奈米碳管（carbon nanotube）製成電晶體，並用於電腦微處理器。這是第一個以奈米碳管電晶體製成的電腦晶片，此設計克服過去奈米碳管在製程上難以控制的問題，有望開啟新的半導體研究領域。該研究結果已發表於《自然》（Nature）期刊。
奈米碳管電晶體
在電晶體中，根據電流開關的半導體是最重要的部分，能夠藉由開關的狀態儲存 0 或 1 的資料用於運算。現今的半導體元件主要以矽製成，藉由將電晶體縮小規模，便能加快電腦的運算速度。不過，目前矽半導體製程所能達到的最小尺寸已逐漸接近物理極限，因此若要進一步提升電腦的運算能力，必須找出下一代的替代品。
其中，奈米碳管由於原子等級的厚度，能製造出比矽更佳的半導體。理論上，以奈米碳管製成的微處理器，其運算速度比矽製成的微處理器快三倍，同時只消耗三分之一的能源。不過製程上相當難配合的特性，導致以往從未有人成功以奈米碳管開發出複雜的電路用於電腦運算。
製程方法
研究人員 MIT 助理教授馬克斯·舒爾克（Max Shulaker）表示，奈米碳管在製程上其中一個問題是，當其沈積在晶圓上時會聚集在一起，嚴重影響電晶體的使用。而研究團隊在沈積後，透過震動將這些不理想的奈米碳管團小心震開，解決了此問題。
另一個問題是，每批奈米碳管中含有約 0.01% 的金屬性奈米碳管，這種金屬奈米碳管並非優良的半導體，無法準確藉由電流開關來儲存資料，也會影響到電晶體的運作。為解決此問題，研究團隊分析各種電晶體的配置會如何受到金屬性奈米碳管的影響。以此方法，研究人員設計出能降低影響程度的電路，使微處理器不會受到金屬性奈米碳管的干擾。
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在解決了奈米碳管製程上的兩大問題後，團隊成功開發出具有 14,000 顆奈米碳管電晶體的微處理器，並執行經典的「Hello, world!」程式。但此微處理器的效率與處理速度仍遠不及現今的矽晶圓，其尺寸上約為微米級，而當今的矽電晶體則已達到奈米級尺寸。然而，此研究仍是相當突破性的發展，對於新一代的微處理器開發將是一大進展。
參考資料：
- Temming, M. (2019, August 28). A chip made with carbon nanotubes, not silicon, marks a computing milestone. ScienceNews
- Hills, G. et al. (2019, August 29). Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors. Nature. DOI:10.1038/s41586-019-1493-8
