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來源：內容編譯自IEEE，謝謝。
半導體行業長期以來的定律——摩爾定律，即晶片上的電晶體密度大約每兩年翻一番——正變得越來越難以維持。縮小電晶體及其互連的能力正在遭遇一些基本的物理限制。特別是，當銅互連縮小時，它們的電阻率會急劇上升，這會降低它們可以承載的資訊量並增加其能耗。
業界一直在尋找替代互連材料，以延長摩爾定律的程序。在許多方面都是一個非常有吸引力的選擇：這種薄片狀碳材料具有出色的電導性和熱導性，並且比金剛石更堅固。
然而，研究人員一直難以將石墨烯納入主流計算應用，主要有兩個原因。首先，沉積石墨烯需要高溫，這與傳統的 CMOS 製造不相容。其次，未摻雜的宏觀石墨烯片的載流子密度相對較低。
現在，總部位於加州米爾皮塔斯的創業公司Destination 2D聲稱已經解決了這兩個問題。Destination 2D 團隊展示了一種在 300°C 下將石墨烯互連沉積到晶片上的技術，這仍然足夠低，可以用傳統的 CMOS 技術來實現。據 Destination 2D 聯合創始人兼首席技術官Kaustav Banerjee稱，他們還開發了一種摻雜石墨烯片的方法，可提供比銅高 100 倍的電流密度。
“人們一直在嘗試將石墨烯用於各種應用，但在主流微電子領域（本質上是 CMOS 技術），人們迄今為止還無法使用它，”Banerjee 說。
半導體行業長期以來的定律——摩爾定律，即晶片上的電晶體密度大約每兩年翻一番——正變得越來越難以維持。縮小電晶體及其互連的能力正在遭遇一些基本的物理限制。特別是，當銅互連縮小時，它們的電阻率會急劇上升，這會降低它們可以承載的資訊量並增加其能耗。
業界一直在尋找替代互連材料，以延長摩爾定律的程序。石墨烯在許多方面都是一個非常有吸引力的選擇：這種薄片狀碳材料具有出色的電導性和熱導性，並且比金剛石更堅固。
然而，研究人員一直難以將石墨烯納入主流計算應用，主要有兩個原因。首先，沉積石墨烯需要高溫，這與傳統的 CMOS 製造不相容。其次，未摻雜的宏觀石墨烯片的載流子密度相對較低。
現在，總部位於加州米爾皮塔斯的創業公司Destination 2D聲稱已經解決了這兩個問題。Destination 2D 團隊展示了一種在 300°C 下將石墨烯互連沉積到晶片上的技術，這仍然足夠低，可以用傳統的 CMOS 技術來實現。據 Destination 2D 聯合創始人兼首席技術官Kaustav Banerjee稱，他們還開發了一種摻雜石墨烯片的方法，可提供比銅高 100 倍的電流密度。
“人們一直在嘗試將石墨烯用於各種應用，但在主流微電子領域（本質上是 CMOS 技術），人們迄今為止還無法使用它，”Banerjee 說。
Destination 2D 並不是唯一一家追求石墨烯互連的公司。臺積電和三星也在努力使這項技術達到標準。然而，Banerjee 聲稱，Destination 2D 是唯一一家直接在電晶體晶片頂部展示石墨烯沉積的公司，而不是單獨生長互連並在事後將其連線到晶片上。
低溫沉積石墨烯
石墨烯於 2004 年首次分離出來，當時研究人員用膠帶將石墨烯片從石墨塊上剝離下來。這種材料被認為很有前景，因此在 2010 年獲得了諾貝爾獎。（諾貝爾獎共同獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫現在是 Destination 2D 的首席科學家）。
然而，用膠帶小心地將石墨烯從鉛筆尖上撕下來並不是一種可擴充套件的生產方法。為了可靠地製造石墨烯結構，研究人員已轉向化學氣相沉積，即將碳氣沉積到加熱的基板上。這通常需要遠高於 CMOS 製造中約 400°C 的最高工作溫度的溫度。
Destination 2D 使用加州大學聖巴巴拉分校 Banerjee 實驗室開發的壓力輔助直接沉積技術。Banerjee 稱該技術為壓力輔助固相擴散，使用鎳等犧牲金屬膜。犧牲膜放置在電晶體晶片頂部，碳源沉積在上面。然後，使用大約 410 到 550 千帕（60 到 80 磅/平方英寸）的壓力，碳被迫穿過犧牲金屬，並重新結合成下方乾淨的多層石墨烯。然後簡單地去除犧牲金屬，將石墨烯留在晶片上進行圖案化。該技術在 300°C 下工作，溫度足夠低，不會損壞下方的電晶體。
提高石墨烯的電流密度
在石墨烯互連圖案化後，對石墨烯層進行摻雜以降低電阻率並提高其載流能力。Destination 2D 團隊使用一種稱為插層的摻雜技術，其中摻雜原子擴散在石墨烯片之間。
摻雜原子可以多種多樣，例如氯化鐵、溴和鋰。一旦植入，摻雜劑就會將電子（或材料中的電子空穴）貢獻給石墨烯片，從而實現更高的電流密度。“插層化學是一個非常古老的課題，”班納吉說。“我們只是將這種插層引入石墨烯，這是新事物。”
這項技術有一個很有前景的特點——與銅不同，隨著石墨烯互連線尺寸的縮小，其載流能力會提高。這是因為對於更細的線路，插層技術會變得更加有效。Banerjee 認為，這將使他們的技術能夠支援未來的許多代半導體技術。
Destination 2D 已在晶片級展示了其石墨烯互連技術，並且還開發了可在製造設施中實施的晶圓級沉積工具。他們希望與代工廠合作，將其技術用於研發，並最終投入生產。
https://spectrum.ieee.org/graphene-semiconductor-2670398194
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