中國粉體網9月22日訊  日本產業技術綜合研究所（以下簡稱“產綜研”）開發出了一種新材料，通過組合單層碳納米管（CNT）和銅（Cu），實現了與銅同等的電導率，以及約達到銅100倍的載流量（也叫最大電流密度）。該研究所表示，這種CNT-Cu復合材料不僅可以通過大電流，而且重量輕、耐高溫，因此可以作為超小型高性能半導體芯片的布線材料使用。
　　
　　目前為止，半導體芯片的總體布線及芯片間布線材料一般使用銅、鋁（Al）、金（Au）等金屬。不過，這些金屬的電導率雖然較高，但載流量不一定很大。施加一定數值以上的高電壓時，這種電壓會導致原子結構崩潰，就會造成電阻急劇增大，最終導致導線斷裂。
　　
　　從用途方面來看，隨著微細化技術的進步，半導體芯片等的布線要求的載流量也逐漸增大。產綜研表示，到2015年，所需載流量將達到Cu和Au無法實現的100萬（106）A/cm2。而CNT及石墨烯等“納米碳材料”則擁有高達10億（109）A/cm2左右的載流量。這是因為碳原子之間具有很強的耦合能力，就算施加很高的電壓，也很難導致原子結構崩潰。但是，這種材料的電導率卻不到Cu和Au的1/100。此前，研究人員一直都沒有找到載流量與CNT相當且電導率與Cu同等的材料。
　　
　　CNT可抑制Cu的擴散
　　
　　CNT-Cu復合材料由CNT和Cu組合而成，首次同時實現了上述兩種特性。其載流量為6.3×108A/cm2，高達Cu的約100倍。
　　
　　產綜研表示，新材料之所以能夠獲得如此高的載流量，是因為CNT可抑制Cu的擴散。在這種CNT-Cu復合材料中，CNT和Cu形成了像“鐵筋混泥土”一樣的結構，CNT起到了增強在高電壓下Cu的“強度”的作用。
　　
　　在常溫下，這種復合材料的電導率與Cu相當。但即便在200℃左右的高溫下，新材料的電導率也不會明顯降低，這一點比Cu還要出色。
　　
　　產綜研介紹，新材料的制作工藝基本上是在含有Cu離子的溶液中對CNT進行電鍍處理。關鍵點是在有機類溶液中以1m～5mA/cm2的電流密度緩慢對CNT進行電鍍處理，而不是在水溶液中快速進行鍍銅處理。這樣便可在CNT構造體內部填充Cu。
　　
　　目前存在1000倍以上的價格差距
　　
　　這種復合材料存在的最大問題是單層CNT的成本還很高。目前單層CNT的成本為1000日元～1萬日元/g（因純度不同而異），與4300日元/g左右的Au差不多。而Cu的成本卻只有約0.76日元/g，單層CNT與之存在極大的價格差距。
　　
　　產綜研此次在制造單層CNT時，采用了該研究所與日本瑞翁等公司聯合開發的“超速成長法（SuperGrowth）”，這是一種可制造高純度單層CNT的工藝。瑞翁計劃從2015年開始采用超速成長法正式量產單層CNT。將來有可能將制造成本降至10日元/g左右。
　　
　　產綜研表示，今后將與制造廠商聯合開發新材料的具體用途，推進實用化。