重新命令摩尔法律，麻省理工学院的激进碳纳米管计算机从实验室飞跃到工厂
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不久前，我报道了麻省理工学院如何遵守摩尔定律，该法律指出，计算机芯片上晶体管的数量每18个月增加一倍，通过开发基于碳纳米管的全新形式的晶体管，这是同样的奇观材料 - 同样的奇观材料，可以帮助我们开发17,000公里的电池范围，甚至帮助建立第一代空间升降机。
现在，在麻省理工学院研究人员证明，这些设备可以在商业设施中迅速制造，这些设备可以用与制造基于硅的晶体管相同的设备，这是当今计算行业的骨干。
碳纳米管场效应晶体管或CNFET比硅场效应晶体管更节能，可用于构建三维微处理器的新型。但是直到现在，它们主要存在于“手工”空间中，在学术实验室中少量制作。
但是，在自然电子产品发表的一项研究中，科学家们表明，如何在200毫米晶片上大量制造CNFET，这是计算机芯片设计中行业标准的。CNFET是在美国的商业硅制造工厂和美国半导体铸造厂中创建的。
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在分析了用于制造CNFET的沉积技术之后，麻省理工学院电气工程和计算机科学助理教授Max Shulaker和他的同事进行了一些更改，使制造过程加快了1,100倍以上，同时也降低了生产成本。该技术将碳纳米管的边缘沉积到晶圆的边缘，14,400乘14,400阵列CFNET分布在多个晶片上。
自博士学位以来一直在设计CNFET的Shulaker表示，这项新研究代表了“向前迈出的巨大一步，是为了使这一飞跃成为生产级别的设施。”
他补充说，弥合实验室与行业之间的鸿沟是研究人员“经常没有机会做的事情”。“但这是新兴技术的重要试石测试。”
几十年来，基于硅的晶体管制造业的改进一直降低了价格，并提高了计算机的能源效率和性能。然而，由于越来越多的晶体管在历史速率下，这种趋势可能已经接近结束。
Shulaker说，CNFET是一种有吸引力的替代技术，因为它们“比基于硅的晶体管要高的能源效率更高”。
与基于硅的晶体管不同，该晶体管在摄氏450至500摄氏度的温度下制成，也可以在近室温度下制造CNFET。
Shulaker解释说：“这意味着您实际上可以在先前制造的电路层顶部建立一层电路层，从而创建三维芯片。”“您不能使用基于硅的技术来做到这一点，因为您会融化下面的层。”
他说，3D计算机芯片可能结合逻辑和内存功能，预计“击败了由硅制成的最先进的2D芯片的性能”。
在实验室中构建CFNET的最有效方法之一是一种沉积称为孵化的纳米管的方法，其中晶圆被浸入纳米管浴中，直到纳米管粘在晶圆的表面上。
Bishop说，CNFET的性能在很大程度上取决于沉积过程，这既影响了晶片表面上的碳纳米管的数量及其方向。她说，它们“要么以随机的方向粘在晶圆上，例如煮熟的意大利面条，要么像包装中的未煮过的意大利面条一样朝着相同的方向对齐。”
在CNFET中完美对齐纳米管会导致理想的性能，但是很难获得对齐。Bishop解释说：“在大型200毫米晶片的完美方向上，将数十亿个小1纳米直径的纳米管放置在很难的情况下。”“将这些长度尺度置于上下文中，就像试图在完美的干式意大利面条中覆盖整个新罕布什尔州。”
孵化方法虽然对工业实用，但根本不将纳米管对齐。Bishop说，它们最终像煮熟的意大利面一样最终进入晶圆，研究人员最初认为这会带来足够高的CNFET性能。然而，在实验之后，她和她的同事得出结论，简单的孵化过程将有效地产生一个可以胜过基于硅的晶体管的CNFET。
仔细观察到孵化过程，向研究人员展示了如何改变过程，以使其对工业生产更加可行。例如，他们发现，干燥的循环是一种间歇性干燥的晶片，可以大大减少孵化时间 - 从48小时到150秒。
另一种称为ACE（通过蒸发的人工浓度）的新方法将少量的纳米管溶液沉积在晶圆上，而不是将晶片浸入水箱中。溶液的缓慢蒸发增加了碳纳米管的浓度和沉积在晶片上的纳米管的整体密度。
Bishop说：“在我们的实验室中，我们可以让晶圆坐在烧杯中一个星期，但是对于一家公司来说，他们没有那么奢侈。”
她说，“优雅的简单测试”帮助他们理解和改进了孵化方法，“事实证明，对于解决学者所没有的关注而言，这一点非常重要，但是当他们考虑建立一个新过程时，行业肯定是很重要的。”
研究人员使用Analog设备，商业硅制造工厂和半导体铸造厂Skywater Technology合作，使用改进的方法制造CNFET。他们能够使用两个设施用来制造基于硅的晶片的设备，同时也确保纳米管溶液满足了该设施的严格化学和污染物要求。
Bishop说：“我们非常幸运地与行业合作者紧密合作，并通过他们的意见来了解他们的需求，并通过他们的投入来迭代我们的发展。
Shulaker补充说，这两个设施表现出了“对研发和探索优势的认真承诺”。
“我们很高兴继续我们的工作建立关键的基础设施，以实现CNFET的商业市场可用性。这项工作是将领先的高级计算机制造带回美国的关键举措，” Skywater总裁Thomas Sonder说。
他说，已经进行的下一步将是在工业环境中从CNFET中构建不同类型的集成电路，并探索3D芯片可以提供的一些新功能。
“下一个目标是要从学术上有趣的事物过渡到人们将使用的东西，我认为这是朝这个方向迈出的非常重要的一步。”
