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CVD可製備優良石墨烯奈米帶內連線

美國研究人員發現利用化學氣相沉積法(CVD)成長的石墨烯(graphene)可做為奈米電子電路中的理想內連線(internnect)材料。他們將元件製作於一般氧化矽基板上,並且在這些材料中測得空前的電流密度─高達2×109 A/cm2

石墨烯是單原子厚的平面碳材料,具有絕佳的電子與熱學性質,是理想的新一代電子材料。石墨烯奈米帶(graphene nanoribbon, GNR)則是理想的內連線材料,並可用來製作高頻電晶體及感應器。科學家們對於以機械剝離法(exfoliation)製備的石墨烯奈米帶已做過許多研究,但是利用其他方法製作的石墨烯奈米帶則鮮少被討論。剝離法產生的石墨烯奈米帶因不具塊材缺陷(bulk defect),故擁有非常好的電性,但是卻無法製作出可供業界使用的大面積石墨烯樣本。另一方面,化學氣相沉積法則能以簡單、低成本的方式製作出具微米級晶粒的多晶石墨烯薄膜。

伊利諾大學香檳分校(UIUC)的Eric Pop等人利用化學氣相沉積法,製作出長度不及800 nm、寬度小於100 nm的石墨烯奈米帶,並研究其物理性質。他們發現此CVD石墨烯奈米帶的電子性質類似機械剝離法獲得的結果,證實CVD製程產生的塊材缺陷及晶粒邊界對於最後完成的CVD GNR內連線的電子特性影響不大。

電流密度是內連線品質優良與否的重要指標。研究人員測量通過石墨烯奈米帶兩端點的電流大小,在大電場下測得的電流密度為2× 109A/cm2,打破先前石墨烯或石墨烯奈米帶內連線的記錄,為業界目前廣泛採用作為內連線的銅金屬的1000倍。該團隊也將測量數據與模擬數值進行比較分析,結果發現,短內連線能將熱排入所接觸的端點及基板中,這點對於最後獲得極高的電流密度貢獻不小。

該團隊認為此研究對於瞭解及製造晶圓級石墨烯內連線是相當重要的一步,他們也證明了其他製程參數與條件仍舊十分重要,譬如降低內連線邊緣粗糙度及增進各處內連線品質的一致性。該團隊已經在記憶體元件上採用此石墨烯奈米帶內連線,他們目前則計劃藉由降低電阻值來進一步提升電流密度,作法之一為控制邊緣粗糙度及摻雜程度。詳見Nano Lett.|DOI:10.1021/nl300584r。

譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
原文網址:CVD graphene nanoribbons make good interconnects. NanoTechWeb [Aug 17, 2012]

轉載自 奈米科學網


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