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    半导体材料的问题

    2016/10/18 9:35:22

    电子组件进入奈米等级后,在材料方面也开始遭遇到一些瓶颈,因为原来使用的材料性能已不能满足要求。最简单的一个例子,是所谓的闸极介电层材料;这层材料的基本要求是要能绝缘,不让电流通过。现在使用的是由硅基材氧化而成的二氧化硅,在一般状况下这是一个非常好的绝缘材料。

    但因组件的微缩,使得这层材料需要越做越薄。在奈米尺度时,如果继续使用这个材料,这层薄膜只能有约 1 奈米的厚度,也就是 3 ~ 4 层分子的厚度。但是在这种厚度下,任何绝缘材料都会因为量子穿隧效应而导通电流,造成组件漏电,以致失去应有的功能,因此只能改用其它新材料。但二氧化硅已经沿用了三十多年,几乎是集各种优点于一身,这也是使硅能够在所有的半导体中脱颖而出的关键,要找到比它功能更好的材料与更合适的制作方式,实在难如登天。

    而且,材料是组件或 IC 的基础,一旦改变,所有相关的设备与后续的流程都要跟着改变,真的是牵一发而动全身,所以半导体产业还在坚持,不到最后一刻绝对不去改变它。这也是为什么 CPU 会越来越烫,消耗的电力越来越多的原因。因为现在的 CPU 中,晶体管数量甚多,运作又快速,而每一个晶体管都会「漏电」所造成。这种情形对桌上型计算机可能影响不大,但在可携式的产品如笔记型计算机或手机,就会出现待机或可用时间无法很长的缺点。

    也因为这样,近年来许多学者相继提出各种新颖的结构或材料,例如利用自组装技术制作奈米碳管晶体管,想利用奈米碳管的优异特性改善其功能或把组件做得更小。但整个产业要做这么大的更动,在实务上是不可行的,顶多只能在特殊的应用上,如特殊感测组件,找到新的出路。

     

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