IBM：碳奈米管可望延續電晶體的摩爾定律

IBM Research在10月2日出版的科學期刊（Science）發表一篇研究報告，IBM的科學家們發現電晶體接觸點的突破性技術，可望加速以碳奈米管（或稱「奈米碳管」）取代矽電晶體的時程，造福未來的運算技術並延續摩爾定律。

由英特爾共同創辦人高登摩爾（Gordon Moore）在1965年提出的摩爾定律指出，晶片上的電晶體數量每24個月將會成長一倍，這也成為晶片體積日益縮小、3C成本持續下滑的產業發展法則。然而，基於矽材料的電晶體技術似乎已達到其物理極限，使得摩爾定律開始失靈，除了周期已開始變慢之外，市場亦預測該定律在10年內便會終止。

矽電晶體為晶片中負責載運資訊的開關，即使每年的尺寸都在縮小，但縮小電晶體尺寸而不影響效能一直是這幾十年來困擾著科學家的棘手問題。

碳奈米管（carbon nanotube）屬於新型的半導體材料，其優越的電路屬性被視為可用來延續已達物理瓶頸的矽材料的任務。碳電晶體中的電子移動速度快過矽電晶體，還有尺寸上的優勢。在電晶體中，兩件與尺寸有關的因素為通道與兩個接觸點。IBM先前已展示基於碳奈米管的電晶體即使採用不到10奈米的通道也能作為絕佳的開關，10奈米還不到人類髮絲的一萬分之一，也只有目前主要矽技術的一半。

晶片中的接觸點為電流至半導體通道間的控制閥，隨著電晶體的縮小，接觸點的電阻也會增加，隨之造成效能下滑。

此次IBM即是克服了接觸阻抗的問題，在金屬電極與奈米碳管之間形成一個高品質的接觸點，即使於更小的晶片上仍能保有效能，還能減少電力損耗。

IBM的科學家們發明了新的接觸點作法，在碳奈米管的兩端以類似焊接的方式連結金屬及碳原子，允許接觸點可縮小至10奈米以下而不危及碳奈米管裝置的效能。

IBM Research副總裁Dario Gil表示，這些新的晶片技術是迎合雲端運算、物聯網與大數據系統的必要創新，隨著矽技術已接近其物理極限，未來的認知運算時代需要新材料、新裝置，或新電路架構的配合，此一突破意味著基於碳奈米管的電腦晶片可望提前問世。

IBM Research的研究人員Shu-Jen Han則說，碳奈米管晶片的應用除了能夠取代矽在一般運算上的應用之外，其彈性與透明的特性讓它得以應用在摩爾所未預見的未來，例如可作為穿戴式裝置的可伸縮電子或感應器裝置，且可直接附加於皮膚上，而不只限於手環、手錶或眼鏡。（編譯/陳曉莉）