碳-所有有機(jī)化合物的基本元素-有望代替硅成為未來半導(dǎo)體的可選材料。據(jù)研究人員介紹，基于元素周期表硅元素正上方元素的各種結(jié)構(gòu)在熱性能、頻率范圍甚至超導(dǎo)電特性方面都要超過硅。
　　
　　“在所有的碳技術(shù)中，金剛石是目前最可能接近商用化的技術(shù)，因?yàn)閷?duì)金剛石的研究工作已經(jīng)有15年以上的歷史了。”Gartner公司高級(jí)分析師Dean Freeman表示，“而其它大多數(shù)技術(shù)仍有很長(zhǎng)的路要走。”
　　
　　三維碳-金剛石的散熱性能是硅的10倍，據(jù)目前提供硅晶圓上40nm到15um金剛石薄膜的供應(yīng)商表示。二維碳-3埃厚的單層石墨烯的電子移動(dòng)性是硅的10倍，因此可以達(dá)到硅無法達(dá)到的太赫茲(THz)性能。
　　
　　同樣，一維碳-1nm直徑的納米管可以解決數(shù)字硅的速度瓶頸。納米管將最先呈現(xiàn)為可印刷的“墨”，這種墨的速度比競(jìng)爭(zhēng)性的有機(jī)晶體管快10倍。
　　
　　另外，零維碳-60-原子空心碳球富勒烯可以達(dá)到硅無法實(shí)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)特性。內(nèi)夾堿金屬原子的緊密充填式富勒烯的超導(dǎo)溫度可達(dá)38K。
　　
　　再過幾年，碳工藝技術(shù)將有望代替今天使用的幾乎每種電路材料：用于互連器件的導(dǎo)體，半導(dǎo)體，用于器件絕緣的隔離器等。但業(yè)界究竟能多快地接受基于碳的材料還有待于觀察，特別是在經(jīng)濟(jì)前景還不明朗的今天。
　　
　　Freeman介紹了Nantero公司和SVTC Technolgies公司的經(jīng)驗(yàn)。這兩家公司合作為無工廠硅芯片制造商首次提供納米管薄膜開發(fā)代工服務(wù)，這些制造商希望將碳納米管薄膜作為高性能互連材料增加到商用CMOS芯片上。“Nantero公司已經(jīng)用碳納米管開發(fā)出了好幾種器件，但公司還沒有找到愿意商用化這些器件的客戶。”他表示。
　　
　　“碳納米管也有望成為22nm以下CMOS器件的互連材料，這意味著至少還要5年時(shí)間才可能商用化。”Freeman指出。
　　
　　包括DuPont公司在內(nèi)的許多批量生產(chǎn)專業(yè)公司正在開發(fā)碳納米管薄膜，而NEC等業(yè)界巨頭已經(jīng)成功在柔性塑料基底的電子鑄件上使用碳納米管薄膜。
　　
　　Nanocomp Technologies等公司正在嘗試將納米管嵌入碳片中用于檢測(cè)斷裂或其它結(jié)構(gòu)性缺陷，同時(shí)在開發(fā)納米管線纜，這種線纜的導(dǎo)電性可與銅媲美，而重量比銅輕80%。
　　
　　“目前已經(jīng)有許多應(yīng)用在用柔性電子材料開發(fā)，包括軍事和民用市場(chǎng)。”IBM公司管理碳晶體管項(xiàng)目的Phaedon Avouris表示。他們最初研究的是納米管，最近轉(zhuǎn)到了石墨烯上來。“當(dāng)然，如今已經(jīng)有許多納米管應(yīng)用，用它們做的材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性更好，但在柔性基底上制造具有微米尺寸通道的薄膜晶體管將成為納米管的首次商業(yè)應(yīng)用。”
　　
　　也許在十年內(nèi)碳電子開發(fā)人員不會(huì)直接與硅半導(dǎo)體商的成熟工藝技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。相反，他們希望創(chuàng)建出一整套新的電子材料，并從微米尺寸的器件開始，這樣的器件讓人回想起早期較大的硅晶體管。像Applied Nanotech等供應(yīng)商正在開發(fā)可印刷的納米管墨，這些納米管墨可用于使用非接觸氣霧噴墨打印機(jī)的低價(jià)低溫沉積系統(tǒng)，如Optomec公司提供的產(chǎn)品。這些系統(tǒng)主要用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用，如塑料太陽能電池以及柔性聚合體基底上的RFID標(biāo)簽。