晶体管与集成电路领域新元素：纳米材料的实际应用
时间: 2025-01-16
作者: 百灵威
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晶体管是控制电信号的半导体器件，有 BJT、FET 等类型，自 1947 年诞生后不断演进。集成电路将电子元件及连线集成于硅片，分为模拟、数字等多种，具体积小等诸多优势。当前，全球晶体管与集成电路市场因 5G、AI 等技术发展而规模持续增长，竞争激烈，英特尔、三星等国际企业领先，中芯国际等国内企业追赶。技术上朝着更小、更高性能、更低功耗方向发展，广泛应用于消费电子、通信等众多领域。
一、晶体管沟道部分
晶体管沟道部分常用纳米材料，纳米硅材料在硅基晶体管小型化进程中，凭量子限域效应改变能带、降功耗，大比表面积强化与栅极耦合精准控流；碳纳米管电子迁移率高、管径原子级，单壁管超 10000 cm²/(V・s)，一维结构利小型化；石墨烯二维且载流子迁移率理论近 200000 cm²/(V・s)，平面无散射通道，低功耗高速传输，适配高频高速集成电路。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Carbon nanotubes, multi-walled, carboxylic acid functionalized, 90%, reagent grade, outer diam.: 10 - 20 nm, length: ＜30 μm 碳纳米管, 多壁式, 羧基官能化 | 308068-56-6 | 937005 |
| Carbon nanotubes, multi-walled, carboxylic acid functionalized, 95%, reagent grade, inner diam.: 3 - 5 nm, outer diam.: 8 - 15 nm, length: 50 μm 碳纳米管, 多壁式, 羧酸官能化 | 308068-56-6 | 954310 |
| Carbon nanotubes, single-walled, 95%, reagent grade, diam.: <2 nm, length: 5 - 30 μm, SSA: 1075 m2/g 碳纳米管, 单壁式 | 308068-56-6 | 998429 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 0.55 - 3.74 nm, diam.: 0.5-3μm, layers: <10 石墨烯 | 1034343-98-0 | 966627 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 1 - 3 nm, layers: <3, size: >50 μm 石墨烯 | 1034343-98-0 | 953031 |
| Graphene oxide, 99%, reagent grade, thickness: 0.55 - 1.2 nm, diam.: 0.5 - 3 μm, layers: ＜3 氧化石墨烯 | 1034343-98-0 | 934143 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 0.55 - 3.74 nm, diam.: 0.5-3μm, layers: <10 石墨烯 | 1034343-98-0 | 966627 |
| Reduced graphene oxide, ≥98 wt% 还原型氧化石墨烯 | 1034343-98-0 | 940986 |
| Nitrogen doped graphene, 98%, SSA: 100 - 300 m2/g, layers：≤3 氮掺杂石墨烯 | 1034343-98-0 | 900324 |
| 氮掺杂石墨烯海绵（泡沫,气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2.5cm 氮掺杂石墨烯海绵（泡沫,气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2.5cm | 7440-44-0 | 102817 |
| 硼掺杂石墨烯量子点溶液 浓度：10mg/ml 溶剂：水 硼掺杂石墨烯量子点溶液 浓度：10mg/ml 溶剂：水 | 7440-44-0 | 103877 |
| 硼掺杂石墨烯海绵（泡沫、气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2cm 硼掺杂石墨烯海绵（泡沫、气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2cm | 7440-44-0 | 103015 |
| 硫掺杂石墨烯海绵（气凝胶） 尺寸:直径~1cm，高~2cm 硫掺杂石墨烯海绵（气凝胶） 尺寸:直径~1cm，高~2cm | 7440-44-0 | 102600 |
| Silicon, 99.99%, metals basis, -200 mesh 硅 | 7440-21-3 | 924367 危化品 |
| Silica microspheres, 2 μm, 2.5% (w/v) suspended in 50% ethanol solution 二氧化硅微球 | 60676-86-0 | 915205 |
| Silica microspheres, 0.4 μm, 2.5%（w/v）suspended in 50% ethanol solution 二氧化硅微球 | 60676-86-0 | 966362 |
二、晶体管的栅极绝缘层
晶体管栅极绝缘层方面，随着晶体管尺寸缩小，传统二氧化硅栅极变薄易漏电。高介电常数的氧化铪纳米颗粒登场，其介电常数（20 - 30）远超二氧化硅（3.9），用作绝缘层可增厚度、防漏电，提升晶体管性能，助力集成电路小型化稳定运行。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Hafnium(IV) oxide, 99.9%, metal basis, Zr ≤0.5% 氧化铪(IV) 氧化铪(IV) | 12055-23-1 | 424125 |
| Barium titanate, 99% 钛酸钡 | 12047-27-7 | 93-5640 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder, 99.9%, anatase, particle size: 10 - 25 nm, SSA: 30 m²/g 纳米二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 931313 |
| Mesoporous TiO2 microspheres, diam:600-2500 nm,SSA:80-157 m2/g,pore size: 4.0-12 nm,pore volume:0.2-0.56 cm3/g 介孔二氧化钛亚微米球 | / | 2748683 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder, 99%, particle size: 20 nm, SSA: 30 m²/g 纳米二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 945209 |
| Zirconium(IV) oxide, 99%, particle size <0.045 mm 氧化锆(IV) | 1314-23-4 | 993529 |
| Zirconium(IV) oxide, 99.9%, trace metal basis, 200 nm 氧化锆(IV) | 1314-23-4 | 919448 |
| Silicon nitride, 97%, reagent grade, nano-ceramic powders 氮化硅 | 12033-89-5 | 9073442 |
三、集成电路的互连部分
在集成电路的互连部分，信号传输线路至关重要。传统金属互连在高频下有信号延迟与能量损耗问题，而碳纳米管和石墨烯因高导电性与良好载流子迁移率，可作为高性能互连材料，能在芯片内构建更短传输路径、减少延迟，如在一些先进芯片设计里，使用它们可提速、降 RC 延迟，推动集成电路向更高集成度与更快速度发展。
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Carbon nanotubes, multi-walled, carboxylic acid functionalized, 90%, reagent grade, outer diam.: 10 - 20 nm, length: ＜30 μm 碳纳米管, 多壁式, 羧基官能化 | 308068-56-6 | 937005 |
| Carbon nanotubes, multi-walled, carboxylic acid functionalized, 95%, reagent grade, inner diam.: 3 - 5 nm, outer diam.: 8 - 15 nm, length: 50 μm 碳纳米管, 多壁式, 羧酸官能化 | 308068-56-6 | 954310 |
| Carbon nanotubes, single-walled, 95%, reagent grade, diam.: <2 nm, length: 5 - 30 μm, SSA: 1075 m2/g 碳纳米管, 单壁式 | 308068-56-6 | 998429 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 0.55 - 3.74 nm, diam.: 0.5-3μm, layers: <10 石墨烯 | 1034343-98-0 | 966627 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 1 - 3 nm, layers: <3, size: >50 μm 石墨烯 | 1034343-98-0 | 953031 |
| Graphene oxide, 99%, reagent grade, thickness: 0.55 - 1.2 nm, diam.: 0.5 - 3 μm, layers: ＜3 氧化石墨烯 | 1034343-98-0 | 934143 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 0.55 - 3.74 nm, diam.: 0.5-3μm, layers: <10 石墨烯 | 1034343-98-0 | 966627 |
| Reduced graphene oxide, ≥98 wt% 还原型氧化石墨烯 | 1034343-98-0 | 940986 |
| Nitrogen doped graphene, 98%, SSA: 100 - 300 m2/g, layers：≤3 氮掺杂石墨烯 | 1034343-98-0 | 900324 |
| 氮掺杂石墨烯海绵（泡沫,气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2.5cm 氮掺杂石墨烯海绵（泡沫,气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2.5cm | 7440-44-0 | 102817 |
| 硼掺杂石墨烯量子点溶液 浓度：10mg/ml 溶剂：水 硼掺杂石墨烯量子点溶液 浓度：10mg/ml 溶剂：水 | 7440-44-0 | 103877 |
| 硼掺杂石墨烯海绵（泡沫、气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2cm 硼掺杂石墨烯海绵（泡沫、气凝胶） 尺寸:直径~1cm 高~2cm | 7440-44-0 | 103015 |
| 硫掺杂石墨烯海绵（气凝胶） 尺寸:直径~1cm，高~2cm 硫掺杂石墨烯海绵（气凝胶） 尺寸:直径~1cm，高~2cm | 7440-44-0 | 102600 |
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