碳材料在芯片互连领域取得突破，互连线宽低至10纳米以下时有望替代铜互连线

Banerjee教授认为2013年的石墨烯研究是“激进的想法”，但他和他的团队在上周的IEEE国际电子器件会议（IEDM）上报告了更为实际的工作。他们推出了“全碳”互连技术——由多层石墨烯线和碳纳米管通孔组成，与10纳米以下节点的铜互连相比，提高了性能和可靠性，同时降低了能耗。

图 扫描电子显微镜显示的器件，包括两个由多层石墨烯构成的中心连接器，和四个由金属互连构成的外部连接器。

2015年，国际半导体技术路线图（ITRS）预测，基于通孔的铜互连将无法再平面连接硅材料，或将一层布线连接到另一层布线。但ITRS的预测并不总是如期发生，基于通孔的铜互连依旧在起作用。不过，研究人员认为，现在考虑未来的替代物质或接下来怎么做已经不早了。

Banerjee指出，ITRS关于逐步淘汰铜互连的预测可能有点过激，目前最小线宽在26-30纳米左右。一旦铜线宽缩小到20纳米或15纳米就可能出现严重问题。碳材料互连在线宽方面非常具有优势。

Banerjee团队在2017年IEDM会议上发表的工作是基于2013年的研究成果以及2017年初的“纳米快报”杂志上发表的成果。此次成果是一项突破性的研究，采用了一种称为插入（intercalation）的工艺，即在多层结构或化合物中的两个分子之间，插入分子或离子。在这种情况下，插入层可以用多层石墨烯纳米带构成（ML-GNR）。

研究人员发现，在低至20纳米宽度的情况下，这些ML-GNR提供比铜互连更好的性能、可靠性和功率效率。此次研究成果是基于之前的工作，突破了石墨烯互连技术形管的关键集成问题，推进了此项工作。

Banerjee说：“目前的关键问题主要与工艺/工程有关。我们正在与一些行业伙伴合作，使掺杂多层石墨烯互连与CMOS后端（BEOL）技术兼容。我们的团队已经开发了“合适的碳基”通孔，连接相邻的互连层，这是IEDM中报告的代表整个互连技术发展的重要组成部分。”