延续摩尔定律另辟蹊径：在芯片布线加入石墨烯

延续摩尔定律另辟蹊径：在芯片布线加入石墨烯

　　随着集成电路越来越小型化，目前摩尔定律的存续命运，似乎大多聚焦在硅电晶体的改良上。不过，逐渐有研究人员开始从别的组成部分着手：例如连接各个电晶体形成复杂电路的铜线。而石墨烯在其中起到着关键作用。

　　为了提高性能，集成电路密度不断提升，而在同样面积的芯片当中塞入更多电晶体，便意味着需要更多线路来连接它们。在2000年生产第一组铜线互联的芯片，每平方公分布有1公里的铜线;但今日的14纳米节点处理器，在同样面积里却能包含10公里的铜线。

　　现在越尖端的芯片，铜线就变得越细窄，电阻也因而提高，却又得承载更多电流以加快切换速度、提高性能，于是会产生电迁移(Electromigration)现象。通电铜线的电子会把动能传递给金属离子，使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移，导致铜线的原子扩散与损失，造成短路。

　　目前的解决方法，是将铜线置沟槽内，沟槽内壁则包覆了厚达2纳米的氮化钽(tantalum nitride)，能够阻止铜的逸失。但这种方式顶多撑到10纳米及7纳米的节点。随着制程持续缩小，2纳米的内壁也将变得太厚。

　　针对铜线互联即将面临的问题，去年12月在旧金山举行的IEEE国际电子设备会议上，来自Stanford的电机工程师H.-S.Philip Wong与其团队，发现以石墨烯镀铜，就可以解决电迁移现象，并且降低电阻。Wong表示，虽然研究人员早已在研究其他可能阻止电迁移的衬层，包括钌和镁，不过石墨烯可以比任何材质都还要薄。另外，半导体工业其实尽量避免在找寻新材料上花太多时间，但以现在的情况来看，若铜的寿命无法再延续下去，则必须采用新材料(例如钴)来取代。

　　Stanford的团队目前与科林研发(Lam Research Corp.)以及浙江大学合作，测试复合式材料布线，让石墨烯从铜线上生成。科林研发已经开发出专门的制造方式，在不会损坏芯片其他部分的温度下(低于400℃)进行，这种包覆石墨烯的复合材料抑制电迁移的效果是一般铜线的10倍，并且只有一半的电阻。

　　摩尔定律要能走下去，往后除了电晶体之外，势必连存储器、线路等都得加入改良的行列，而石墨烯的角色或将更加吃重。

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