更强CPU！碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管

碳纳米晶体管

北京时间9月6日消息&＃xff0c;芯片制造商现在面临一定的困难&＃xff0c;它们要用更小的制程制造更快的CPU&＃xff0c;正因如此&＃xff0c;芯片企业已经开始寻找“硅”的替代品&＃xff0c;比如碳纳米管&＃xff0c;最近&＃xff0c;碳纳米管技术取得了重要突破。

美国威斯康星大学&＃xff08;University of Wisconsin-Madison&＃xff09;的科学家最近宣布&＃xff0c;他们成功开发出碳纳米晶体管&＃xff0c;其性能大大超越现有的硅晶体管&＃xff0c;它所通过的电量比晶体管高了1.9倍。科学家表示&＃xff0c;碳纳米管晶体管超越硅晶体管&＃xff0c;这还是第一次。

最近&＃xff0c;碳纳米管内存已经走出实验室&＃xff0c;开始投入生产&＃xff0c;这是一个振奋人心的消息&＃xff0c;如果美国威斯康星大学的研究能够推广&＃xff0c;NRAM内存就可以与碳纳米管CPU搭配使用。

要校准纳米管在圆晶上的位置、保证其纯度是一大挑战&＃xff0c;威斯康星大学在这方面取得了重大进展。研究人员称&＃xff0c;消除金属杂质是一大关键&＃xff0c;因为它会破坏碳纳米管的半导体性能。项目主管迈克尔·阿诺德&＃xff08;Michael Arnold&＃xff09;指出&＃xff1a;“我们发现在某些特定条件下几乎不会形成金属纳米管&＃xff0c;金属纳米管出现的机率只有0.01%。”

从理论上讲&＃xff0c;未来碳纳米晶体管的性能可以比硅高5倍&＃xff0c;换言之&＃xff0c;如果用在设备中&＃xff0c;它的能耗比硅晶体管低5倍。一旦技术真正投入使用&＃xff0c;就可以开发出更强大的处理器、让无线通信速度更快、提高便携设备的续航能力。阿诺德评价称&＃xff1a;“制造碳纳米晶体管&＃xff0c;让它的性能超越硅晶体管&＃xff0c;这是一个重大的里程碑。将碳纳米管用于逻辑、高速通信及其它半导体电子技术是长远目标&＃xff0c;碳纳米晶体管的性能取得突破&＃xff0c;这是通往目标的关键一步。”

当然&＃xff0c;科学家的工作并没有结束&＃xff0c;他们需要改进技术&＃xff0c;使之可以用于商业生产。IBM曾经表示&＃xff0c;在2020年左右我们可能就会看到碳纳米管CPU。由于碳纳米管更具弹性&＃xff0c;它可以用在各种柔性、可伸缩电子产品中。在内存方面&＃xff0c;富士通最近宣布&＃xff0c;如果进展顺利将于2018年推出碳纳米管NRAM。

摩尔定律快要失效&＃xff0c;为了增加晶体管密度&＃xff0c;半导体企业面临无数的挑战。硅晶体管开始向极限接近&＃xff0c;材料科学变得越来越重要。半导体产业一致认为&＃xff0c;硅晶体管的制程最低可以达到5纳米左右&＃xff0c;研究人员必须向新材料投资&＃xff0c;用来替代硅。碳纳米管很有希望&＃xff0c;但是它已经在实验室沉寂了几十年&＃xff0c;因为碳纳米管的应用面临着技术和经济上的挑战。尽管如此&＃xff0c;碳纳米管的研究仍然在继续。

到底什么是碳纳米管&＃xff1f;简单来说&＃xff0c;碳纳米管是由碳层&＃xff08;一层只有一个原子厚&＃xff09;组成的&＃xff0c;它们卷成管子&＃xff0c;直径介于1纳米至2纳米之间。在人类的认识范围内&＃xff0c;碳纳米管是导电性能最强的材料之一&＃xff0c;研究人员认为单根碳纳米管的性能比常规硅晶体管高5倍。

虽然碳纳米管的性能强大&＃xff0c;但是要在如此小的尺寸内清除杂质是一大挑战&＃xff0c;即使只有一个金属杂质体&＃xff0c;碳纳米管的性能也会大受影响&＃xff0c;比如它可能会导致短路。为了解决此问题&＃xff0c;研究人员发明了一种新技术&＃xff0c;他们用高分子聚合物清除杂质。

接下来研究人员需要将细小的碳纳米管统一排列&＃xff0c;紧密结合&＃xff0c;他们开发了一种名为“流动蒸发自组装&＃xff08;floating evaporative self-assembly&＃xff09;”的技术&＃xff0c;可以在1X1英寸的圆晶上排列碳纳米管。现有制造厂需要进一步研发&＃xff0c;让该技术用在更大的圆晶上。

本文转自d1net&＃xff08;转载&＃xff09;