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以碳纳米管为基础的全晶片数字电路首次研制成功

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2012/06/17

中国科技网讯据物理学家组织网6月15日（北京时间）报道，最近，美国斯坦福和南加州大学工程师开发出一种设计碳纳米管线路的新方法，首次能生产出一种以碳纳米管为基础的全晶片数字电路，即使在许多纳米管发生扭曲偏向的情况下，整个线路仍能工作。

碳纳米管（CNTs）超越了传统的硅技术，在能效方面有望比硅基线路提高10倍。第一个初级纳米管晶体管诞生于1998年，人们期望这将开启一个高能效、先进计算设备新时代，但受制于碳纳米管本身固有的缺点，这一愿景一直未能实现。

“作为未来的密集型高能效集成电路，碳纳米晶体管极具吸引力。然而当人们想把它们用在微电子领域时，却遭遇到巨大的障碍。最主要的就是它们的位置和电属性的变化。”IBM托马斯·瓦特森研究中心物理科学部主管苏布拉迪克·高华说。

在碳纳米管能变成一种有现实影响力的技术之前，至少还要克服两大障碍：第一，研究已证明，要造出具有“完美”直线型的纳米管是不可能的，而扭曲错位的纳米管会导致线路出错，以致功能紊乱；第二，迄今还没有一种技术能生产出完全一致的半导体纳米管，如果线路中出现了金属碳纳米管，会导致短路、漏电、脆弱易受干扰。

针对这两大难题，研究人员设计了一种独特的“缺陷-免疫”模式，生产出第一个全晶片级的数字逻辑装置，能不受碳纳米管线向错误和位置错误的影响。此外，他们还发明了一种能从线路中清除那些不必要元素的方法，从而解决了金属碳纳米管的问题。他们的设计方法有两个突出特点，首先是没有牺牲碳纳米管能效，其次还能与现有的制造方法和设施兼容，很容易实现商业化应用。

他们的研究最近还被作为国际电子设备大会（IEDM）的邀请论文，以及美国电器与电子工程师协会（IEEE）会报集成线路与系统计算机辅助设计方面的“主题论文”。

下一步，研究人员将尝试造出数字集成系统的基本组件：计算线路与序列存储，以及首个高度一体化的整体三维集成电路。（记者常丽君）

总编辑圈点

在表兄弟石墨烯“出生”之前，碳纳米管一直是纳米材料界最炙手可热的宠儿。它在力学、导电、传热等方面独特而优异的性能，让科学家们对它充满各种奇思妙想，甚至认为它是制备科幻小说里“太空电梯”的理想材料。相比较那些仅停留在理论上的用途，碳纳米管在集成电路上的使用无疑要现实可行得多。如今，科学家们突破了碳纳米管在微电子领域应用的瓶颈，恐怕摩尔大叔是最欣慰的人之一——摩尔定律神奇的魔力还将会持续下去。

《科技日报》（2012-06-16 一版）

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