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,，但可以說向著CNT晶體管的實(shí)用化邁出了重要的一步。

　　IBM此次開發(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的接觸部分的長度,，即接觸長度（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,，“進(jìn)一步縮短LC時(shí)，接觸電阻值會(huì)增大到無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,。”

　　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,，“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，“如果能夠很好地使用摻雜技術(shù)，開發(fā)n型CNT還是有可能的”,。