采用碳纳米管互连的首颗1GHz芯片

2008-02-21 13:25:13来源: 电子工程专辑

  利用CMOS工艺实现的铜互连是实现速度更快的未来芯片所面临的瓶颈。一种解决方案可能就是采用具有更高电子迁移率的碳纳米管。然而,迄今为止,研究人员一直无法完善把纳米级碳管制作在芯片上正确位置的方法。

  现在,有一个研究小组认为他们找到了解决问题的答案。

  最近,斯坦福大学与东芝公司合作,设计了全球第一个采用纳米管作为互连的CMOS电路,该电路在TSMC制造。在1.1万晶体管芯片上构建的256个环形振荡器实现了1GHz的运行速度,可与其它先进的CMOS芯片媲美(如iPhone处理器运行在700MHz)。

  许多研究实验室正在研究采用纳米管作为互连芯片,因为它们具有比铜更高的电子迁移率,并且生长的几何尺寸更小。然而,斯坦福大学电气工程教授Philip Wong表示,“我们实现了第一款以1GHz的商用速度运行的数字芯片。”

  该芯片被设计为具有一个缺失连接的环形振荡器阵列。通过加入一只纳米管来完成该电路,芯片证实了可用纳米管替代铜线的生存能力。所采用的纳米管为多壁型,长5微米,直径50-100纳米(大约跟铜线的尺寸一样)。将来的版本可以采用单壁纳米管以及1纳米的直径。该芯片的面积为1/100英寸。

  为了简化环形振荡器的制造和测试,在芯片上所提供的复用电路让每一个环形振荡器能够被分别寻址。纳米管被放置在缝隙之间以实现一个环形振荡器电路,所采用的崭新方法把一种溶液飘浮在芯片上以悬起几千个自由漂浮的纳米管。

  然后,向环形振荡器供应交流电,从而吸引漂浮的纳米管来精密地对准电路中的缝隙。一旦纳米管嵌入到位把特殊的缝隙桥接器来,供给那个环形振荡器的交流电就被切断。溶液然后被去除,芯片被容许变干。

  这项研究工作得到了斯坦福大学电气工程博士候选人Gael Close,东芝公司工程师Shinichi Yasuda和Shinobu Fujita以及东芝美国研究(加州圣何塞)公司工程师Bipul Paul的帮助。

  研究的资金来自东芝、Interconnect Focus Center、Semiconductor Research Corp以及邻近的英特尔研究生奖学金。 

  相关信息

  什么是碳纳米管?

  1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维,直径一般在几纳米到几十个纳米之间,长度为数微米,甚至毫米,称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。按照石墨烯片的层数,可分为: 1) 单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNTs):由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别为0.75~3nm和1~50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs):含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2~50不等,层间距为0.34±0.01nm,与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2~30nm和0.1~50μm。

关键字:振荡  连接  速度  处理器  直径  面积

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/newproducts/packing/200802/article_17590.html
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