日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所2013年制作了布線寬度為20nm的多層石墨烯。電阻率為4.1μΩcm，僅為粗銅的2倍左右，沒有發(fā)生銅常見的、一削減布線寬度實(shí)際電阻率就會(huì)增大的現(xiàn)象。“如果繼續(xù)推進(jìn)微細(xì)化，將難以利用銅布線。而石墨烯布線有望代替銅”。

利用CNT的存儲(chǔ)器也即將發(fā)布產(chǎn)品（圖5）。比如美國Nantero公司開發(fā)的“NRAM”。其最大特點(diǎn)是擦寫速度還不到3ns，與SRAM差不多，高于競爭技術(shù)MRAM和FeRAM。有容量為4Mbit的產(chǎn)品，Gbit級產(chǎn)品也在開發(fā)中。從分立元件到嵌入元件均支持。

圖5：擦寫時(shí)間不到3ns的非易失性存儲(chǔ)器將亮相

Nantero公司開發(fā)的采用CNT的非易失性存儲(chǔ)器“NRAM”的特點(diǎn)是擦寫速度快。工作原理如下：隨機(jī)配向的大量CNT網(wǎng)通過加載電壓進(jìn)行重新組合，電阻隨之發(fā)生變化。還可制造Gbit級的芯片。產(chǎn)品將在不久的將來面世。

利用涂布法隨機(jī)涂布CNT后，通過加載電壓，CNT網(wǎng)會(huì)重新組合，獲取高電阻和低電阻兩種狀態(tài)，用于數(shù)據(jù)記憶。

Nantero公司負(fù)責(zé)向其他公司提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），目前“正與包括大型半導(dǎo)體廠商在內(nèi)的10多家公司共同推進(jìn)開發(fā)。產(chǎn)品應(yīng)該會(huì)由簽約商發(fā)布”。

電極和布線也采用CNT

IC和微處理器也在朝著全碳化邁進(jìn)。雖然集成度比較低但可以工作的微處理器已經(jīng)面世（圖6）。美國斯坦福大學(xué)副教授Subhasish Mitra開發(fā)出了利用178個(gè)CNT晶體管制造的微處理器。雖然工作頻率只有1kHz，但除存儲(chǔ)器以外，具備馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的所有基本要素。CNT通過轉(zhuǎn)印制成晶體管。

圖6：電子電路的大部分將采用碳

在芯片上集成CNT晶體管制作IC和微處理器的趨勢擴(kuò)大。（a）是斯坦福大學(xué)采用CNT制作的微處理器。集成了178個(gè)晶體管，具備計(jì)算機(jī)的所有基本功能。（b～e）是名古屋大學(xué)大野研究室的IC系列。最大集成了約100個(gè)TFT。TFT自不必說，電極和布線也全部采用CNT實(shí)現(xiàn)。

名古屋大學(xué)副教授大野雄高等人制作了全碳IC，計(jì)劃用于柔性RFID標(biāo)簽等面積較大的電子電路。晶體管的集成度約為100個(gè)，電極和布線全部利用CNT構(gòu)成。而且靈活利用了CNT的直徑。作為半導(dǎo)體使用時(shí)較細(xì)，要求高導(dǎo)電性時(shí)較粗。溝道長達(dá)100μm。

石墨烯布線或?qū)⒋驺~

此外，還有利用石墨烯和CNT研究超越半導(dǎo)體微細(xì)化極限的案例（圖7）。

圖7：石墨烯和CNT還有可能取代銅布線和插塞

本圖為ITRS 2011上提出的隨著布線的微細(xì)化，銅存在課題（a），以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所制作的20nm寬多層石墨烯布線（b）和CNT插塞（c）。（（b、c）由產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所拍攝）

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所2013年制作了布線寬度為20nm的多層石墨烯。電阻率為4.1μΩcm，僅為粗（Bulk）銅的2倍左右，沒有發(fā)生銅常見的、一削減布線寬度實(shí)際電阻率就會(huì)增大的現(xiàn)象。“如果繼續(xù)推進(jìn)微細(xì)化，將難以利用銅布線。而石墨烯布線有望代替銅”（產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所綠色納米電子中心特定集中研究專員佐藤信太郎）。

另外，CNT還有望用于IC中的縱布線——插塞和通孔。以前，利用CNT制作插塞時(shí)，直接在插塞內(nèi)進(jìn)行合成。但這樣不能充分提高合成溫度，因此CNT缺陷多，電阻率高。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)了利用一種轉(zhuǎn)印法在插塞的豎孔中高密度插入CNT束的技術(shù)。雖然“電阻率還比鎢插塞大一位數(shù)”（該研究所的佐藤信太郎），但與以往的方法相比，電阻率大幅降低。

密度再提高一位數(shù)即可取代硅

大規(guī)模集成CNT晶體管時(shí)的課題是，沒有在微細(xì)區(qū)域朝著目標(biāo)方向排列CNT的方法。美國IBM公司2012年10月宣布，利用自組織現(xiàn)象解決了該課題（圖8）。在SiO2基板上形成HfO2的微細(xì)圖案后，涂布CNT溶液，CNT就會(huì)在HfO2上朝著目標(biāo)方向排列。

圖8：CNT晶體管的超高集成化也取得眉目

IBM制作的密度為10億個(gè)/cm2的CNT晶體管外觀。不過，實(shí)際工作的CNT晶體管一個(gè)芯片上只有一萬個(gè)。

可利用該技術(shù)集成的CNT晶體管的密度為10億個(gè)/cm2。不過，安裝電極等實(shí)際工作的只有1萬個(gè)。“如果密度能提高到100億個(gè)/cm2以上，就有希望取得硅”（IBM公司）。