為各種有機(jī)化合物基礎(chǔ)成分的碳(cabon)，注定將取代它在化學(xué)元素周期表的樓下鄰居硅(Si)成為未來半導(dǎo)體組件的材料首選？無論是哪種結(jié)構(gòu)，碳在散熱、頻率范圍甚至超導(dǎo)電性的表現(xiàn)上都優(yōu)于硅。

市場研究機(jī)構(gòu)Gartner資深分析師Dean Freeman認(rèn)為，在碳科技中已經(jīng)最接近商業(yè)化的，就是發(fā)展時間已經(jīng)超過15年的鉆石。鉆石是三維架構(gòu)的碳，根據(jù)供應(yīng)硅晶圓片上40納米(nm)~15微米(micron)鉆石薄膜的廠商指出，其散熱效率是硅的10倍。

二維架構(gòu)的碳，是厚度3埃(angstrom)的單分子層，又稱為石墨烯(graphene)，則可藉由比硅高十倍的電子遷移率，達(dá)到兆兆赫(terahertz)等級的頻率表現(xiàn)。至于一維架構(gòu)的碳，則是直徑1nm的納米管(nanotube)，其超越硅的特長則在于速度，可達(dá)到有機(jī)晶體管的10倍。

還有零維架構(gòu)的碳，是一種60個原子大小的中空球體，稱為富勒烯(fullerenes)；這種材料則能解決硅無法達(dá)到高溫超導(dǎo)體的問題。與堿金屬(alkali-metal)原子插層(Intercalation)排列、緊密封裝的富勒烯，能在38K溫度下達(dá)到超導(dǎo)。

在接下來的幾年內(nèi)，碳制程技術(shù)就可能取代幾乎所有的電路材料，例如互連組件用的導(dǎo)體、我們熟知的半導(dǎo)體，以及隔離裝置用的絕緣體。但產(chǎn)業(yè)界最快何時會開始大量使用碳材料，特別是在眼前不明朗的經(jīng)濟(jì)情勢下，還有待觀察。

Gartner的Freeman指出，有兩家美國公司Nantero與SVTC曾合作為無晶圓廠IC供貨商提供業(yè)界首創(chuàng)的納米管薄膜開發(fā)代工服務(wù)，旨在為商業(yè)CMOS芯片添加納米管薄膜制做的高性能導(dǎo)線。Nantero雖已用碳納米管開發(fā)出數(shù)款組件，卻找不到有意將這些組件商業(yè)化的客戶。

「碳納米管已經(jīng)被22納米制程以下的CMOS組件，視為最可行的導(dǎo)線材料；這意味著還需要至少五年才會看到其商業(yè)化?！笷reeman表示。

包括杜邦(DuPont)等大公司也開發(fā)過碳納米管薄膜，NEC還曾將其實(shí)際應(yīng)用在采用軟性塑料基板的電子組件上。還有Nanocomp等公司則是將奈米管 嵌入碳纖維板中，可感測裂縫或是其它的結(jié)構(gòu)缺陷；此外正在開發(fā)的納米管纜線不但在導(dǎo)電性上媲美銅，重量還能減輕80%。

正在公司內(nèi)部主導(dǎo)碳晶體管技術(shù)研究的IBM院士Phaedon Avouris則表示，納米碳管已經(jīng)被用來制造導(dǎo)電、散熱性更好的各種材料，而他認(rèn)為在軟性基板上制造具備微米級信道的薄膜晶體管，會是納米碳管的首度商業(yè)化應(yīng)用。

碳電子組件的開發(fā)者并不是打算跟發(fā)展成熟的硅半導(dǎo)體技術(shù)打?qū)ε_，而是希望創(chuàng)造出一個具備全新電子功能的族系；從讓人憶起舊時大型硅晶體管的微米尺寸組件開始。

現(xiàn)在已有美國業(yè)者廠商如Applied Nanotech開發(fā)出印刷式的納米管墨水(ink)，可搭配如Optomec等公司提供、采用非接觸式懸浮微粒噴墨印刷機(jī)的低溫沉積系統(tǒng)；這些成本低廉的生產(chǎn)設(shè)備能鎖定諸如塑料太陽能電池、RFID卷標(biāo)等對價格敏感的市場。