機遇與挑戰：

• CMOS半導體技術將在2024年7nm製程時代麵臨窘境
• 石墨烯或取代CMOS半導體技術

在美國加州舉行的IEEE定製積體電路大會(CICC)一場專題演講上有這樣一種看法：CMOS半導體技術將在2024年7nm製程時代麵臨窘境，而石墨烯可望脫穎而出
，成為用來取代這項技術的最佳選擇。

美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)電子與電腦工程學教授James D. Meindl表示：“石shi墨mo烯xi已yi經jing展zhan現xian出chu最zui終zhong將jiang取qu代dai矽xi晶jing微wei型xing晶jing片pian的de多duo種zhong可ke能neng了le，但dan我wo個ge人ren認ren為wei最zui早zao還hai要yao再zai過guo十shi年nian，直zhi到dao矽xi晶jing材cai料liao達da到dao極ji限xian以yi後hou
，我wo們men才cai會hui看kan到dao石shi墨mo烯xi應ying用yong出chu現xian。”同時
，他也是該校奈米技術研究中心的創始總監
，該研究中心致力於石墨烯的研究已有五年之久了。

在2024年時，矽晶 MOSFET 在可製造的通道長度以及可支援的絕緣閘厚薄方麵將會達到瓶頸

，Meindl援引國際半導體技術藍圖(ITRS)的預測表示。

在成為取代CMOS的替代材料之前，石墨烯也麵臨著許多挑戰。“我們必須在石墨烯薄片上製造出數十億個電晶體，但我們目前所能製造的電晶體數量極少，”Meindl說。

英國曼徹斯特大學(University of Manchester )的研究人員們在2004年的一項研究中發現了這種新材料。這項獲得諾貝爾獎(Nobel Prize)的研究貢獻在於找到了一種可製造單層碳原子的新方法。Meindl回想，“當時沒有人認為可以做到這一點
，但對於讓單層碳原子以六角形蜂巢晶格完美排列後所能實現的應用來說
，那其實隻是一個起點。”

截至目前為止，研究人員們已經發現了至少兩種可用於製造石墨烯的技術了。他們還在這種材料中製造出一些“相當粗糙”的有效電晶體。

相較於銅互連技術來說，石墨烯電晶體還具有更好的導電與導熱性，以及更高的載流量。用來製造MEMS時，石墨烯也非常具有吸引力，Meindl說。

“迄今為止，最令人印象深刻的石墨烯電晶體一直是RF電晶體”，例如用於500GHz類比訊號應用的放大器
，Meindl並接著說，“而石墨烯開關則由於其漏電流等多種原因限製
，使其較難以製造。”

Meidl的實驗室正致力於研究如何製造出15nm線(xian)寬(kuan)石(shi)墨(mo)帶(dai)的(de)方(fang)法(fa)
，使(shi)其(qi)作(zuo)為(wei)能(neng)將(jiang)石(shi)墨(mo)烯(xi)開(kai)關(guan)打(da)造(zao)的(de)像(xiang)矽(xi)晶(jing)開(kai)關(guan)一(yi)樣(yang)快(kuai)速(su)且(qie)具(ju)功(gong)效(xiao)的(de)建(jian)構(gou)基(ji)礎(chu)。但(dan)其(qi)主(zhu)要(yao)挑(tiao)戰(zhan)在(zai)於(yu)製(zhi)造(zao)出(chu)邊(bian)緣(yuan)毫(hao)不(bu)受(shou)損(sun)的(de)石(shi)墨(mo)帶(dai)，以(yi)避(bi)免(mian)導(dao)致(zhi)材(cai)料(liao)正(zheng)向(xiang)特(te)質(zhi)的(de)退(tui)化(hua)。

截至目前為止，喬治亞理工學院各工程係所的近700名研究人員們已參訪了Meindl的實驗室並探索石墨烯材料。“我們的技術有趣之處在於它像工程學一樣廣泛
，而且幾乎就和物理科學一樣廣泛了，”他說。