研究人員突破碳納米管應用於未來電子器件的最大挑戰！

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關鍵詞：下一代電子器件 碳納米管晶體管 電接觸行為 金屬接觸 表面張力

近期，俄羅斯斯科爾科沃科技學院與IBM華生研究中心的研究人員合作，共同闡明了碳納米管半導體電接觸行為機制，為下一代電子器件開發鋪平道路。

挑戰

長期以來，硅基數字電子器件都是通過等比例縮小尺寸的方式獲得性能和製造成本的改善。然而，當前這種可能性由於硅基器件尺寸接近物理極限而變得越來越渺茫。因此，為了進一步提升電子器件性能、降低成本，需要尋找新的發展途徑。為了實現這樣的目的，科技巨頭IBM積極投入到可替代硅基電子器件的下一代計算及電子器件研發行列中。

就使用碳納米管替代硅基材料而言，最大的挑戰在於接觸電阻問題，即尺寸縮小時碳納米管溝道的低阻特性改變。晶體管電阻包括溝道電阻和接觸電阻，雖然碳納米管的溝道電阻比硅更低，但如果利用碳納米管製造晶體管就必須將其尺寸縮小至一納米以下，因為如果溝道長度太長，碳納米管晶體管就失去了實用價值。碳納米管尺寸縮小後，其接觸電阻開始佔據主導地位，決定晶體管的電阻大小。

碳納米管作為一種新型半導體材料用於構建晶體管。金屬通常被用來與半導體材料形成電接觸。金屬通過表面張力的作用向碳納米管施加壓力。先前的研究表明，這種壓力的大小足以將碳納米管壓平（如下圖所示）。科爾科沃科技學院研究人員最近經研究發現，碳納米管被金屬壓平後會顯現金屬特性。且在這種情況下，碳納米管晶體管的接觸電阻會增加，而不會減小。原因在於，在金屬的壓力作用下，碳納米發生了形變，其軸對稱結構被破壞掉了。

圖 碳納米管場效應晶體管及其金屬電接觸示意圖

突破

目前，由科爾科沃科技學院領導的研究團隊已經幫我們找到了減小接觸電阻的方法：首先，他們指出，使用直徑相對較小的碳納米管構建晶體管更好。為了更容易理解，我們可以將碳納米管想像成很粗的鋼管，然後把金屬電接觸想像成一個鎚子，顯然，直徑較粗的鋼管更容易被砸扁；其次，還應該使用表面張力更小的金屬材料做電接觸。這樣會減弱「鎚子」的擊打力，不至於將碳納米管壓平。該研究成果已發表在頂級物理學術期刊《物理評論快報》上。

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