為了超越7納米，IBM有啥新招？

為了超越7納米，IBM有啥新招？

四年前，IBM宣布將在未來五年內投資30億美元用于發展納米電子學[1]，這筆投資對應的大項目名稱是“7納米及超越7納米”。至少有一家主要芯片制造商（包括GlobalFoundries）在7納米節點碰壁，但IBM正通過使用石墨烯在預先確定的位置沉積納米材料，繼續向前邁進。

據《自然-通訊》期刊上10月5日在線發表的一篇論文[2]所述，IBM的研究人員首次使石墨烯帶電以便其幫助實現以97%的準確率沉積納米材料。

量子點（紅色）、碳納米管（灰色）和二硫化鉬納米片（白色/灰色）顯示為代表性的0D，1D和2D納米材料，可以基于石墨烯基的、電場輔助的沉積方法將它們大規模地加以組裝。

“由于這種方法適用于各種納米材料，我們設想了具有代表納米材料獨特物理特性的功能的集成器件。”IBM巴西研究所的管理者Mathias Steiner說。“我們還能想到在由納米材料的光學特性決定的不同波長范圍內工作的芯片上光探測器和發射器。”

Steiner解釋說，例如，如果你想要修改光電器件的光譜特性，你可以簡單地替換納米材料，而同時保持制造工藝流程不變。如果你進一步采用該方法，你可以進行多次組裝，將在不同位置的不同納米材料加以組裝，以創建同時在不同檢測窗口運行的多個芯片上光檢測器。

IBM巴西研究所的研究人員Michael Engel說，整個方法可以看作是一種自下而上/自上而下的混合工藝流程。幾年前，IBM創造了一種混合工藝[3]，它結合了自上而下的制造技術（如光刻技術）和自下而上的技術（通過自組裝“生長出”電子產品）。

Engel解釋說，這種混合工藝的第一步是直接在進行納米材料組裝的基板上生長石墨烯。

在IBM的演示中，他們在碳化硅上使用了石墨烯。Engel指出，也可以在另一種材料（如銅）上生長石墨烯，然后剝離石墨烯并將其放在硅/二氧化硅晶片上。

下一步是蝕刻石墨烯以確定沉積位置。這是大規模完成的，可以被認為是該工藝的自上而下部分。

第三步采用自下而上技術，研究人員將AC電場應用于圖案化的石墨烯層，同時在上面放置納米材料溶液。然后，納米材料被拖曳下來并被限制在相反的石墨烯電極之間。

Engel說：“所以，石墨烯履行了界定放置位置和為定向納米材料組裝提供電場方向和拖曳力的功能”。

在該工藝的第四步中，蝕刻掉石墨烯沉積電極，接著是用于集成和操作電子或光電器件的其他制造步驟。

在這項研究成果之前的最先進技術是使用金屬電極，金屬電極是很難移除的，限制了器件性能和集成潛力。

Steiner說：“我們相信這項研究的最大突破是在更大的、毫米尺度的區域內自下而上放置納米級分辨率的各種納米材料，并可很容易地移除（殘留的自由）電極。石墨烯電極使納米材料對齊和密集排列的能力出色，且可限制化學物質的暴露，避免金屬線，從而實現卓越的器件性能。”

該工藝不會在一夜之間拯救摩爾定律。根據Engel的說法，最大的挑戰之一是將基于溶液處理的納米材料引入工業規模的制造過程。

Engel說：“這將需要在納米材料溶液的標準化方面取得進展，以實現可重復和一致的結果，同時也需要使電場輔助的方法適用于晶圓級制造工藝。”

雖然IBM無法解決納米材料溶液的標準化問題，但研究人員正在繼續研究器件層面的技術，并將不同的納米材料集成在一起，以便定制基本的集成電路（例如電子逆變器、環形振蕩器等）。

沿著這些思路，研究人員正在開發其光譜特性由組裝的納米材料決定的、專用的芯片上光發射器和探測器。

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