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澳大利亚新南维尔士大学(The University of New South Wales,UNSW)等组成的研究小组宣布,现已确认以前认为导线宽度在10nm以下也许不成立的欧姆定律在线宽相当于仅1个原子的导线中也可成立(英文发布资料)。相关论文已刊登在学术杂志《科学》(Science)上。目前半导体加工技术正逐步接近14nm工艺,今后还可能进一步微细化。
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公布上述结果的是新南维尔士大学米歇尔·西蒙斯(Michelle Simmons)教授领导的研究小组。小组成员还包括澳大利亚墨尔本大学(Melbourne University)及美国普渡大学(Purdue University)的研究人员。
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. T% U- x, |4 s* B8 [, w: C, C# O 西蒙斯等人在硅结晶基板上线状注入磷化氢(PH3)分子,试制了长106nm、宽1.5nm、厚0.4nm的“导线”。1.5nm相当于4个磷原子的宽度,0.4nm相当于1个磷原子的宽度。检测电阻率后表明,该导线的电阻率仅为0.3mΩcm左右,与导线的直径为100nm以上时没有大的差距。另外,此时的电流密度高达5×105A/cm2,接近高纯度铜(Cu)导线的106A/cm2。 , l, f' A! E' S+ m( d
4 R% h C# S/ M5 z注:这里的nm检测还是非常人所能为的,因为普通的探针尺寸仍然在um级。
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' c5 k! k! r, g/ m1 S 在以往的研究中,导线的直径减至100nm以下时电阻率会逐步上升,尤其是导线直径减至10nm以下时,电阻率甚至会增大至电流几乎无法流动的程度。
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, a- z5 C& v6 D* v4 V! ^0 e 根据欧姆定律,电阻R与导线长度L成正比、与截面面积S成反比。以电阻率ρ为比例系数,可将电阻表示为R=ρL/S。在导线材料相同的情况下,ρ的值无论线宽如何都始终是固定的。而如果是微细布线的话,ρ就会急剧增大,意味着欧姆定律无法成立。
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, v' {! b: Y+ A+ | 此次西蒙斯等通过改进向硅结晶添加磷分子的注入方法等,发现即使导线最小宽度变得非常小、减至相当于1个原子,ρ的值也几乎是固定的,表明欧姆法仍可成立。论文指出,以往检测时电阻率增大是因为磷原子的添加方法等存在问题。 |
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