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更强CPU碳纳米晶体管性能首超硅晶体管

2016年9月7日 来源:IT168 编辑:豆豆 【我要评论】
芯片制造商现在面临一定的困难,它们要用更小的制程制造更快的CPU,正因如此,芯片企业已经开始寻找“硅”的替代品,比如碳纳米管,最近,碳纳米管技术取得了重要突破。

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

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

    最近,碳纳米管内存已经走出实验室,开始投入生产,这是一个振奋人心的消息,如果美国威斯康星大学的研究能够推广,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,威斯康星大学在这方面取得了重大进展。研究人员称,消除金属杂质是一大关键,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(Michael Arnold)指出:“我们发现在某些特定条件下几乎不会形成金属纳米管,金属纳米管出现的机率只有0.01%。”

    从理论上讲,未来碳纳米晶体管的性能可以比硅高5倍,换言之,如果用在设备中,它的能耗比硅晶体管低5倍。一旦技术真正投入使用,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:“制造碳纳米晶体管,让它的性能超越硅晶体管,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,碳纳米晶体管的性能取得突破,这是通往目标的关键一步。”

    当然,科学家的工作并没有结束,他们需要改进技术,使之可以用于商业生产。IBM曾经表示,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,它可以用在各种柔性、可伸缩电子产品中。

    在内存方面,富士通最近宣布,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,为了增加晶体管密度,半导体企业面临无数的挑战。硅晶体管开始向极限接近,材料科学变得越来越重要。半导体产业一致认为,硅晶体管的制程最低可以达到5纳米左右,研究人员必须向新材料投资,用来替代硅。

    碳纳米管很有希望,但是它已经在实验室沉寂了几十年,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,碳纳米管的研究仍然在继续。

    到底什么是碳纳米管?简单来说,碳纳米管是由碳层(一层只有一个原子厚)组成的,它们卷成管子,直径介于1纳米至2纳米之间。在人类的认识范围内,碳纳米管是导电性能最强的材料之一,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,但是要在如此小的尺寸内清除杂质是一大挑战,即使只有一个金属杂质体,碳纳米管的性能也会大受影响,比如它可能会导致短路。为了解决此问题,研究人员发明了一种新技术,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,紧密结合,他们开发了一种名为“流动蒸发自组装(floating evaporative self-assembly)”的技术,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,让该技术用在更大的圆晶上。

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