電極與碳納米管（CNT）間的接觸電阻較大是CNT晶體管的一大課題，IBM日前宣布，大幅減小了電極與CNT間的接觸電阻，利用這種晶體管實(shí)現(xiàn)了彈道輸運(yùn)（Ballistic transport）。相關(guān)論文發(fā)表在了學(xué)術(shù)期刊《Science》上。另外，雖然這一成果僅適用于p型CNT，但可以說(shuō)向著CNT晶體管的實(shí)用化邁出了重要的一步。

　　IBM此次開(kāi)發(fā)的CNT晶體管的結(jié)構(gòu)。CNT是溝道，源極和漏極采用了鉬 （圖由IBM研究院提供） （點(diǎn)擊放大）

　　不斷改變作為溝道的CNT和其與源/漏極的接觸長(zhǎng)度（LC）試制出的CNT晶體管群。黃色部分是鉬電極o。在這張圖中，CNT在靠近中央的位置垂直放置。數(shù)字是各晶體管的LC值。LC在20nm~300nm范圍內(nèi)，接觸電阻值基本固定。（圖由IBM研究院提供） （點(diǎn)擊放大）

　　隨著半導(dǎo)體器件的不斷微細(xì)化，包括CNT晶體管在內(nèi)，晶體管的源極和漏極與溝道的接觸電阻增大成為一大課題。

　　尤其是CNT晶體管，由于CNT的直徑小，電極與CNT的接觸面積非常小，而且電極的金屬材料與CNT之間的界面狀態(tài)一般也不好，因此接觸電阻顯著增大。在IBM試制的CNT晶體管中，當(dāng)電極與CNT的接觸部分的長(zhǎng)度，即接觸長(zhǎng)度（LC）在200nm以上時(shí)，溝道兩端的接觸電阻值合計(jì)只有約5kΩ，但當(dāng)LC為9nm時(shí)，溝道兩端的接觸電阻值合計(jì)約為65kΩ。論文中稱(chēng)，“進(jìn)一步縮短LC時(shí)，接觸電阻值會(huì)增大到無(wú)法在邏輯電路中使用晶體管的程度”。

　　日本的一位研究人員也指出：“一維的CNT與電極僅以點(diǎn)、或最多以線來(lái)接觸，很難降低接觸電阻。因此正在研究二維的石墨烯晶體管?！?/p>

　　將CNT與電極“焊”到一起

　　但是此次，這個(gè)“常識(shí)”被顛覆了。

　　IBM選擇了鉬（Mo）作為電極材料。將鉬層疊在CNT上，對(duì)其加熱（退火）到850℃。這時(shí)，構(gòu)成CNT的碳原子的一部分移動(dòng)到Mo側(cè)，Mo與CNT會(huì)進(jìn)行一種“焊接”。這時(shí)，不管LC是多少，接觸電阻值都在40kΩ以下，且基本保持固定。也就是說(shuō)，“溝道達(dá)到了彈道輸運(yùn)狀態(tài)”（論文）。

　　彈道輸運(yùn)是指不論導(dǎo)體長(zhǎng)度如何電阻值都保持固定。這一現(xiàn)象違反電阻值與導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比的歐姆定律，這是由電子在材料中幾乎不再發(fā)生散射引起的。

　　論文指出，此次的關(guān)鍵在于Mo的功函數(shù)比普通的金屬材料大。功函數(shù)小的材料容易氧化，變成氧化物，而Mo不會(huì)變成氧化物，與CNT的接觸部分會(huì)變成碳化鉬（Mo2C）。這使接觸電阻值降低，從而實(shí)現(xiàn)了彈道輸運(yùn)。

　　現(xiàn)在面臨的課題是還沒(méi)找到適合n型CNT的電極材料。功函數(shù)小時(shí)，隨著氧化，接觸電阻值還是會(huì)升高。IBM的論文中稱(chēng)，“如果能夠很好地使用摻雜技術(shù)，開(kāi)發(fā)n型CNT還是有可能的”。