為摩爾定律續命：在計算機芯片布線(xiàn)加入石墨烯

　　隨著(zhù)集成電路越來(lái)越小型化，目前摩爾定律的存續命運，似乎大多聚焦在硅晶體管的改良上。 不過(guò)，逐漸有研究人員開(kāi)始從別的組成部分著(zhù)手：例如連接各個(gè)晶體管形成復雜電路的銅線(xiàn)。 而石墨烯在其中起到著(zhù)關(guān)鍵作用。

　　為了提高性能，集成電路密度不斷提升，而在同樣面積的芯片當中塞入更多晶體管，便意味著(zhù)需要更多線(xiàn)路來(lái)連接它們。 在 2000 年生產(chǎn)第一組銅線(xiàn)互聯(lián)的芯片，每平方公分布有 1 公里的銅線(xiàn);但今日的 14 nm節點(diǎn)處理器，在同樣面積里卻能包含 10 公里的銅線(xiàn)。

　　現在越尖端的芯片，銅線(xiàn)就變得越細窄，電阻也因而提高，卻又得承載更多電流以加快切換速度、提高性能，于是會(huì )產(chǎn)生電遷移(Electromigration)現象。 通電銅線(xiàn)的電子會(huì )把動(dòng)能傳遞給金屬離子，使離子朝電場(chǎng)反方向運動(dòng)而逐漸遷移，導致銅線(xiàn)的原子擴散與損失，造成短路。

　　目前的解決方法，是將銅線(xiàn)置溝槽內，溝槽內壁則包覆了厚達 2 nm的氮化鉭(tantalum nitride)，能夠阻止銅的逸失。 但這種方式頂多撐到 10 nm及 7 nm的節點(diǎn)。 隨著(zhù)制程持續縮小，2 nm的內壁也將變得太厚。

　　針對銅線(xiàn)互聯(lián)即將面臨的問(wèn)題，去年 12 月在舊金山舉行的 IEEE 國際電子設備會(huì )議上，來(lái)自 Stanford 的電機工程師 H.-S. Philip Wong 與其團隊，發(fā)現以石墨烯鍍銅，就可以解決電遷移現象，并且降低電阻。 Wong 表示，雖然研究人員早已在研究其他可能阻止電遷移的襯層，包括釕和鎂，不過(guò)石墨烯可以比任何材質(zhì)都還要薄。 另外，半導體工業(yè)其實(shí)盡量避免在找尋新材料上花太多時(shí)間，但以現在的情況來(lái)看，若銅的壽命無(wú)法再延續下去，則必須采用新材料(例如鈷)來(lái)取代。

　　Stanford 的團隊目前與科林研發(fā)(Lam Research Corp.)以及中國浙江大學(xué)合作，測試復合式材料布線(xiàn)，讓石墨烯從銅在線(xiàn)生成。 科林研發(fā)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出專(zhuān)門(mén)的制造方式，在不會(huì )損壞芯片其他部分的溫度下(低于 400℃)進(jìn)行，這種包覆石墨烯的復合材料抑制電遷移的效果是一般銅線(xiàn)的 10 倍，并且只有一半的電阻。

　　摩爾定律要能走下去，往后除了晶體管之外，勢必連內存、線(xiàn)路等都得加入改良的行列，而石墨烯的角色或將更加吃重。