典型的計算機芯片包括數以百萬計的晶體管與廣泛的銅線網絡。雖然芯片導線相比家用電線又短又薄，但是二者有一個共同點：銅絲都用保護套包裹著。

    多年來，氮化鉭材料被用于制作芯片導線的保護層。

    目前，斯坦福大學（Stanford University）主導的實驗表明，另一種保護材料--石墨烯，可以使得電子更快速地通過微小的銅導線。

    石墨烯是單層碳原子，分布在強壯但是稀薄的晶格上。斯坦福大學電氣工程師H.-S. Philip Wong說，這種用石墨烯包裝導線的晶體管的特性使得數據交換的速度可能比當前更快。隨著晶體管的體積不斷縮小，石墨烯的優勢在未來將變得更明顯。研究人員在芯片的所有其他組件方面已經取得了巨大進步，然而直到最近在改善導線的性能方面還是沒有太大進展。

    Wong領導一個6人團隊，其中包括來自威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）的兩名研究人員。他們將在京都舉行的超大規模集成技術和電路研討會上展示他們的發現。

    Ling Li是斯坦福大學一名電氣工程專業的研究生，且是該論文的第一作者，她解釋了為什么改變連接電線的外部包裝可以對芯片性能產生如此重大的影響。

    這個保護層具有雙重作用：既隔離銅和芯片上的硅，也用于導電。

    對于硅芯片，晶體管就像可以通斷電子的微小通道，這種開關功能正是晶體管處理數據的過程。

    一旦數據被處理后，晶體管間的銅線就會傳輸這些數據。

    當前的絕緣材料氮化鉭，能阻止銅遷移到硅晶體管，并使其不能發揮作用。

    為什么想到了石墨烯？

    兩個原因，首先是電子元件體積日趨變小的需求。

    當斯坦福大學團隊使用目前最薄的氮化鉭層來實現此絕緣功能時，他們發現該行業標準比石墨烯層厚八倍。

    其次，石墨烯作為保護層的另一個優勢是，區別芯片導線與家用電線的外部保護層工作機制的不同，而這是至關重要的。

    家用電線外層的目的主要是絕緣，以防止觸電或火災。

    對于芯片而言，如果銅原子滲入硅，晶體管將停止工作。因此，芯片上的保護層是為了隔離銅和硅。

    斯坦福大學的實驗表明，石墨烯可以實現此隔離的作用，同時還具有導電功能。其晶格結構允許電子沿著導線直接從一個碳原子飛躍到另一個碳原子，同時能有效地將銅原子約束在銅導線內。

    石墨烯層擁有如此薄的厚度，以及隔離、導電的雙重作用，這些優點使得這一新技術能在晶體管之間傳輸更多的數據，從而提高芯片整體性能。

    目前，該芯片的優勢還不太明顯，石墨烯隔離器可以將線速從4%提高到17%，這取決于線的長度。

    但隨著晶體管和導線的尺寸不斷縮小，超薄且具有導電性的石墨烯的優勢將更明顯。斯坦福大學的工程師們預計，再過兩代，該技術能將線速提高到30%。

    斯坦福大學的研究人員認為，更快的運行速度的希望將促使其他研究人員對導線的研究產生興趣，這也有助于人們將該技術引入實用。

    石墨烯生長技術，尤其是在芯片量產中直接在導線上生長石墨烯的技術，是該技術中的一個重要部分。除了與同來自威斯康星大學的教授Michael Arnold合作外，Wong還借鑒了普渡大學（Purdue University）Zhihong Chen教授的想法。Wong注意到使用石墨烯作為隔離器的想法來自于美國康奈爾大學（Cornell University）教授Paul McEuen，他是這個領域的開拓者。加州大學河濱分校（University of California-Riverside）的Alexander Balandin對在芯片中使用石墨烯也作出了相當杰出的貢獻。

    中國腐蝕與防護網編輯認為，石墨烯作為一種新型材料而頗受重視，而將石墨烯作為芯片中銅隔離層或許是第一步，未來的電子行業將是石墨烯的時代。

 

責任編輯：王元

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