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半导体碳纳米管可以降低其互连中的噪声

2017-12-19 来源: 3158环保网

在不久的将来,串扰和噪声可能成为基于VLSI互连的CNT的可靠性问题的主要来源。集成电路(IC)中的元件尺寸降至纳米级与高密度集成相结合,使研究人员们难以保持ICs中的信号完整性。相邻导线之间出现串扰的可能性很高。

这种串扰反过来又会增加通过互连的瞬态信号中的峰值噪声。当发生多次串扰时,噪声会通过多级导线传播,最终问题会恶化为逻辑错误。

但是,由于半导体碳纳米管的出现(迄今为止在制造未来的场效应晶体管方面已经找到了应用),当把半导体碳纳米管放置在互连线周围时,可以在很大程度上减少串扰(Current Nanoscience,“Reducing Crosstalk Induced Delay and Peak Noise in Carbon Nanotube Interconnects”)。

基本上,半导体CNTs是不导电的,它们具有小的介电常数,中等以致较大的带隙,且因此对电场可以是绝缘屏蔽的。

由于半导体碳纳米管是一维纳米线,它们沿着它们的轴线以及它们的半径具有非常高的各向异性。介电极化率是材料中可极化键的数目的量度,在CNT中沿着它的半径方向比沿着它的轴线方向的介电极化率更小。因此,半导体碳纳米管沿其径向极化较小,这进一步表明它们具有小的介电常数。

克劳修斯 - 莫索提(Clausius-Mossotti)关系公式可以用来从介电极化率导出介电常数。此外,这种关系还表明,CNT的介电常数随着其半径而增加。因此,明显的小直径半导体CNTs是两个CNT互连之间的低k电介质的理想候选。

接触几何被修改为使得在金属CNTs存在的中心处存在更多的金属原子。在存在半导体CNTs的边缘部分,接触具有较少数量的金属原子。这有助于在接触半导体CNT表面处建立肖特基势垒,并由此抑制任何载流子运动。

最后,实验结果表明,如果使用(2,2)碳纳米管作为屏蔽层,径向介电常数可以低至2.82。相邻导线之间的耦合电容取决于互连厚度以及半导体CNT屏蔽层的厚度。如果使用半导体CNTs,则CNT线之间的串扰可以减少28%。在0.8V,0.5V和0.3V的不同输入电压下,半导体CNT屏蔽互连下的串扰引起的峰值噪声也降低了25%。

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