石墨烯纳米带用于提高计算能力

更小、更好的半导体一直让计算机变得比以前更快、更节能。自20世纪60年代中期以来，计算能力以18个月为周期呈指数级增长的摩尔定律已经趋于平稳。这是因为完全由硅制成的集成电路有基本的限制，而硅是构成现代计算机基础设施支柱的材料。

然而，威斯康辛大学麦迪逊分校的工程师们正在转向新材料，为更强大的计算机奠定基础。

他们设计了一种方法，直接在硅片上生长石墨烯(单原子厚度的碳材料)。石墨烯纳米带与普通的宽平板材料相比具有特殊的优势;也就是说，石墨烯薄片成为优秀的半导体，在晶体管驱动电流和热导率方面可能优于硅。

威斯康辛大学麦迪逊分校材料科学与工程专业的博士生Vivek Saraswat说:“与目前的技术相比，这可以实现更快、更低功耗的设备。”

这一进步可能会使基于石墨烯的集成电路成为可能，其性能比目前的硅芯片要高得多。

“石墨烯纳米带的主要优势是，与硅相比，更多的电子可以穿过它们，这样你就可以制造出消耗更少能量的更快的芯片，”威斯康辛大学麦迪逊分校材料科学与工程教授、石墨烯生长领域的世界专家迈克·阿诺德(Mike Arnold)说。

阿诺德是在一种叫做锗的材料上铺设又长又薄的石墨烯条带的策略的先驱，这种结构被称为纳米带。

虽然锗很有用，但它并不是一种广泛使用的半导体，这意味着它不能构成计算机芯片的基础。

与此同时，其他研究人员还无法克服将石墨烯纳米带分层到硅上的主要障碍。石墨烯与硅反应生成一种惰性且用处不大的化合物，称为碳化硅。

阿诺德的团队已经开发出一种方法来避免这一障碍。他们没有尝试直接在硅上生长纳米带，而是首先在硅上生长一层薄薄的锗，然后生长纳米带。硅上的薄锗层保护石墨烯不与硅发生反应，但不影响纳米带的半导体性能。

这是制造石墨烯集成电路的重要第一步。由于基层由硅组成，石墨烯纳米带技术可以很容易地集成到现有的电子/计算组件中。

阿诺德说:“我们的愿景是将石墨烯与现有的半导体技术集成起来。”

他们的合成方法的一个优点是，它利用了一种可扩展的、工业兼容的化学气相沉积技术。现在，他们正在努力提高纳米带的精度，这样他们就可以实现现代计算机芯片中发现的复杂图案。

“我们正在使用一些策略来控制纳米带的宽度和方向，”阿诺德说。“我们有一些非常酷的想法。”

威斯康星大学麦迪逊分校

www.uwm.edu

-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程工业PC故事．

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