ADVERTISEMENT
半導體產業長期以來奉行的準則——摩爾定律，即晶片上的電晶體密度大約每兩年增加一倍——正變得越來越難以維持。縮小電晶體及其之間內部連線的能力正在遇到一些基本的物理限制。特別是，當銅內部連線縮小時，它們的電阻率會急劇上升，這不僅降低了其傳遞資訊的能力，還增加了能耗。
業界一直在尋找替代的內部連線材料，望能讓摩爾定律的步伐延續更久一點。石墨烯在許多方面都是一個非常有吸引力的選擇：這種薄如紙張的碳材料具有出色的導電性和導熱性，並且比鑽石更堅固。
然而，研究人員在將石墨烯融入主流運算應用中一直面臨兩大挑戰。第一，沉積石墨烯需要的高溫不適合傳統的 CMOS 製造工藝。第二，未摻雜的宏觀石墨烯片的電荷載子密度相對較低。
現在，位於加州米爾皮塔斯的新創公司 Destination 2D 聲稱已經解決了這兩個問題。Destination 2D 的團隊展示了一種技術，可以在 300 °C 的溫度下將石墨烯內部連線沉積到晶片上的技術，這個溫度足夠低，適用於傳統 CMOS 工藝。此外，他們還開發了一種摻雜石墨烯的方法，使其電流密度達到銅的 100 倍。根據 Destination 2D 的聯合創辦人兼 CTO卡斯塔夫·班納吉（Kaustav Banerjee）的說法，這是一項突破性成果。
「人們一直在嘗試將石墨烯應用於各種應用，但在主流微電子領域，即 CMOS 技術，人們迄今為止還無法使用它，」班納吉表示。
Destination 2D 並不是唯一一家追求石墨烯內部連線的公司。台積電和三星 也在努力提升這項技術。然而，班納吉聲稱，Destination 2D 是唯一一家能夠直接將石墨烯沉積在電晶體晶片上的公司，而不是將內部連線分開生長後再附著到晶片上。
低溫沉積石墨烯
石墨烯於 2004 年首次被分離出來，當時研究人員用膠帶將石墨烯片從石墨塊上拉下來。這種材料被認為非常有前景，以至於在 2010 年獲得了諾貝爾獎。（諾貝爾獎共同獲得者康斯坦丁·諾沃蕭洛夫（Konstantin Novoselov）現在是 Destination 2D 的首席科學家）。
然而，使用膠帶從鉛筆尖上小心地撕取石墨烯顯然不是一種可擴展的生產方法。為了穩定地製造石墨烯結構，研究人員轉向化學氣相沉積 (CVD) 技術，利用碳氣體沉積在加熱基板上。但這通常需要的溫度遠高於 CMOS 製造的約 400 °C 最大操作溫度。
Destination 2D 使用了班納吉在加州大學聖塔芭芭拉分校的實驗室開發的壓力輔助直接沉積技術。這項技術稱為「壓力輔助固相擴散」，使用了如鎳等的犧牲金屬薄膜。犧牲金屬薄膜放置在電晶體晶片上，然後在其上方沉積碳源。接著，利用約 410 至 550 千帕 (60 至 80 psi) 的壓力，將碳強制通過犧牲金屬並在下方重新組合成乾淨的多層石墨烯。最後，移除犧牲金屬，留下的石墨烯即可進行圖案化處理。這項技術在 300 °C 的溫度下即可運作，不會損壞下方的電晶體。
提高石墨烯的電流密度
在石墨烯內部連線圖案化之後，對石墨烯層進行摻雜以降低電阻率並提高其載流能力。Destination 2D 團隊使用了一種稱為「插層法」的摻雜技術，其中摻雜原子在石墨烯片之間擴散。
摻雜原子可以變化——例如氯化鐵、溴和鋰。一旦植入，摻雜劑會將電子（或其在材料內的對應物電子空穴）提供給石墨烯層，從而提高電流密度。「插層化學是一個非常古老的主題，」班納吉表示。「我們只是將這項技術引入石墨烯，而這是全新的。」
這種技術有一個很有前景的特點——與銅不同，隨著石墨烯內部連線的縮小，它們的載流能力會提高。這是因為對於更細的線路，插層技術變得更有效。班納吉認為，這將使他們的技術能夠在未來支持多代半導體技術。
Destination 2D 已經在晶片級展示了他們的石墨烯內部連線技術，並開發了適用於晶圓級沉積的工具，可以在製造設施中實施。他們希望與晶圓代工廠合作，將其技術用於研發，並最終實現量產。
請注意！留言要自負法律責任，相關案例層出不窮，請慎重發文！