電流或大幅降低 未來(lái)納米芯片設計受到挑戰

　　一群來(lái)自加拿大麥基爾大學(xué)(McGillUniversity)的物理學(xué)家們證實(shí)，當導線(xiàn)是由兩種不同的金屬組成時(shí)，電流有可能會(huì )大幅度降低;這意味著(zhù)未來(lái)的半導體設計可能遇到障礙。

　　上述研究人員是與美國汽車(chē)大廠(chǎng)通用(GM)研發(fā)部門(mén)共同合作，發(fā)現讓人驚訝的電流遽降現象;顯示在新興的納米電子領(lǐng)域，材料的選擇與元件設計可能會(huì )成為一大挑戰。隨著(zhù)半導體元件尺寸持續微縮，未來(lái)芯片的設計工程師將需要了解，當金屬導線(xiàn)直徑被局限到僅有幾個(gè)原子寬時(shí)，電荷的行為模式是如何變化。

　　麥基爾大學(xué)物理學(xué)教授PeterGrutter表示，當芯片線(xiàn)路尺寸逐漸微縮至原子等級，電流阻抗將不再隨著(zhù)元件的微縮以恒定速率增加;相反的，電阻會(huì )“到處亂跳”，展現量子力學(xué)的反直覺(jué)效應(counterintuitiveeffect)。

　　“這個(gè)現象可以用橡膠水管來(lái)比喻;”Grutter表示：“如果你讓水壓保持恒定，當你縮小水管的直徑，出來(lái)的水量就會(huì )比較少;而如果你將水管的尺寸縮小到麥稈大小，直徑僅2~3個(gè)原子寬，出水量將不再隨著(zhù)水管橫切面尺寸成比例縮減，其量化(跳躍)方式會(huì )是變動(dòng)的。”

　　Grutter與麥基爾大學(xué)同仁以及GM的研究人員將這種“量子怪現象(quantumweirdness)”寫(xiě)成論文，發(fā)表在美國國家科學(xué)院公報(ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences);該團隊研究了一種超小型的金與鎢(tungsten)合金觸點(diǎn)，這兩種金屬目前時(shí)常組合應用于半導體元件中，做為連結裝置內不同零組件的導線(xiàn)。

　　在Grutter的實(shí)驗室內，研究人員以先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)，以原子及精密度擷取鎢探針與金表面的圖像，并以控制精度(precisely-controlled)方法將這兩種金屬結合;而他們發(fā)現，通過(guò)這種合金觸點(diǎn)的電流比預期低很多。

　　麥基爾大學(xué)研究團隊與來(lái)自GM研發(fā)中心的科學(xué)家YueQi合作，完成了這種合金觸點(diǎn)的原子結構機械模型，證實(shí)兩種金屬之間電子結構的相異性會(huì )導致電流降低四倍，就算兩種材料達成完美介面(perfectinterface)也是一樣。

　　此外研究人員也發(fā)現，因為結合兩種金屬材料而產(chǎn)生的晶體缺陷(crystaldefect)──正常情況下完美排列的原子發(fā)生錯位--是造成電流下降現象的進(jìn)一步原因。

　　“我們觀(guān)察到的電流下降幅度，比大多數專(zhuān)家所預期的高出十倍之多。”Grutter表示，它們的研究結果顯示，未來(lái)需要有更多相關(guān)研究來(lái)克服這樣的問(wèn)題，可能是透過(guò)材料的選擇或是其他的處理技術(shù)：“要找到解決方案的第一步就是意識到這樣的問(wèn)題，而我們是第一次證實(shí)這是納米電子系統會(huì )遭遇的大問(wèn)題。”