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    “硅谷”将名不副实?碳纳米管芯片问世 未来或取代硅芯片

    发表时间:2019-10-03 信息来源:www.design-factory.cn 浏览次数:1718

     

    Moore Elite 4天前我想分享 8月31日外国媒体称“硅谷”可能很快就会被误名,用碳纳米管代替硅片制成的芯片标志着计算机技术的里程碑。据英国科学新闻网站8月29日报道,在一种新型微处理器中,晶体管 - 一起进行计算的微型电子开关 - 由碳纳米管代替硅制成。通过设计克服纳米级缺陷的技术 - 通常削弱单个碳纳米管晶体管的功能 - 研究人员创建了第一个使用数千个碳纳米管晶体管运行程序的计算机芯片。英国《自然》周刊于8月29日发布,描述了该芯片的样品不像商用硅芯片那样快或大小。但碳纳米管计算机芯片可能最终会导致新一代更快,更节能的电子产品。伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的材料科学家曹青没有参与这项研究,他说这是“这项技术发展的一个非常重要的里程碑”。每个晶体管的核心是通常由硅制成的半导体元件,或者作为电导体或者作为绝缘体。晶体管的“导通”和“截止”状态,即电流是否流过半导体,在计算机数据上表示为1和0。麻省理工学院的电子工程师Max Schulek表示,通过制造更复杂的硅晶体管,“我们过去常常在计算中实现指数式增长。”但他说:“现在业绩增长开始趋于平稳。”硅晶体管不能比现在更小更高效。由于碳纳米管几乎与原子一样厚并且可以很好地传输电流,因此它们可以生产比硅更好的半导体。一般来说,Schulak说,碳纳米管处理器的运行速度是硅处理器的两倍,消耗的硅处理器约为三分之一。但到目前为止,碳纳米管已被证明难以构建,无法构建复杂的计算系统。一个问题是当碳纳米管网络放置在计算机芯片上时,碳纳米管倾向于聚集并阻挡晶体管。舒拉克说:“这就像试图在庭院中间建造一个砖块和一块大石头的庭院。”他的团队通过在芯片上铺设纳米管然后使用振动轻轻地将多余的纳米管束从纳米管层上移开来解决了这个问题。研究小组面临的另一个问题是每批具有半导体特性的碳纳米管含有约0.01%的金属型碳纳米管。由于金属型碳纳米管在导电和绝缘之间不能正常翻转,因此这些碳纳米管可能会混淆晶体管的读数。为了找到解决方法,Schuleck及其同事分析了金属型碳纳米管影响不同晶体管配置的程度。研究人员发现,有缺陷的纳米管对某些晶体管配置的功能有更大的影响 - 就像丢失的字母使某些字难以辨认,但使其他字基本上可读。因此,Schulek及其同事精心设计了微处理器的电路,以避免最易受金属纳米管故障污染的晶体管配置。威斯康星大学麦迪逊分校的材料科学家迈克尔阿诺德说:“本文最令人印象深刻的特点之一就是巧妙的电路设计。”由14,000多个碳纳米管晶体管组成的微处理器。编写了一个简单的程序来编写消息“Hello,the world!”新制造的碳纳米管微处理器尚未准备好取代硅芯片成为现代电子技术的支柱。碳纳米管晶体管的直径约为1微米,而目前的硅晶体管的直径仅为几十纳米。该样品中的每个碳纳米管晶体管每秒可以切换大约100万次,而硅晶体管每秒可以切换数十亿次。这使得这些碳纳米管晶体管类似于20世纪80年代生产的硅晶体管。 Arnold表示,缩小碳纳米管晶体管的尺寸将有助于电流以更小的电阻通过晶体管,从而使晶体管能够更快地切换。通过平行布置纳米管而不是使用随机定向的栅格,也可以增加通过晶体管的电流,从而提高处理速度。

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