半导体行业观察|碳纳米管能否拯救摩尔定律？( 二 )

碳纳米管会在哪里最先落地？
最近几年间大规模量产碳纳米管的研究正在推进碳纳米管的量产和落地。但是，我们也应当看到，大规模碳纳米管组成的逻辑电路真正追赶上CMOS电路可能还需要多年的时间。因此，我们认为，碳纳米管第一个可能落地的方向或许是传感器领域。在传感器领域，碳纳米管拥有一系列新颖的特性，在生物领域和化学传感器领域可以实现高灵敏度的感知。目前，已经有不少研究组推出了碳纳米管气体传感器（可以检测各种气体，例如氨气、一氧化碳等）以及生化传感器（可以感知葡萄糖、DNA等），在未来的安全、健康、环境等领域都可能有重要应用。而在碳纳米管传感器的后端则可以集成中小规模的碳纳米管逻辑电路，从而可望实现在一种工艺上的全集成传感器方案。碳纳米管晶体管的高能效比也能帮助基于碳纳米管的传感器方案应用到低功耗应用中。
【半导体行业观察|碳纳米管能否拯救摩尔定律？】除了传感器之外，大规模碳纳米管一旦能实现，还有机会能为目前的处理器芯片带来革命性变化。目前，处理器芯片往往都受制于内存墙问题，即和内存之间的互联带宽太低，限制了计算逻辑的效率。高级封装技术中的堆叠技术（如TSV）可以部分解决这个问题——传统的TSV 3DIC中，不同芯片堆叠在一起并使用TSV来实现互联，而TSV互联线的间距在10微米左右。这10微米的TSV互联间隔则限制了互联的数量。而如果用上碳纳米管，则可以大大缩小这个互联的间距，从而大大增加互联密度并提升通信带宽。传统的芯片的制造过程是首先制造出有源区，然后在有源区的上方再做多层金属互联，每次完成一层金属互联后会在其上方沉积一层绝缘层，然后在绝缘层之上再次生长金属互联层。同时，在不同的金属层之间可以通过金属层间通孔来实现层间互联。这些金属通孔的间距可以低至几十纳米。而碳纳米管也可以实现类似的方法，在底层标准CMOS有源区制造完成后，可以在绝缘层上面生长金属和碳纳米管或存储器件（例如RRAM），相当于把碳纳米管作为一层金属互联来生长。这样一来，碳纳米管和CMOS逻辑／存储器件之间的互联密度就可以从TSV的10微米级别下降到10纳米数量级，即互联密度可以提升一千倍，这就能大大缓解内存墙问题，从而进一步为计算架构带来革命性变化。

半导体行业观察|碳纳米管能否拯救摩尔定律？( 二 )

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