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碳納米管為基礎(chǔ)的全晶片數(shù)字電路首次研制成功
2012-06-20
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月15日(北京時(shí)間)報(bào)道，最近，美國(guó)斯坦福和南加州大學(xué)工程師開(kāi)發(fā)出一種設(shè)計(jì)碳納米管線路的新方法，首次能生產(chǎn)出一種以碳納米管為基礎(chǔ)的全晶片數(shù)字電路，即使在許多納米管發(fā)生扭曲偏向的情況下，整個(gè)線路仍能工作。
碳納米管(CNTs)超越了傳統(tǒng)的硅技術(shù)，在能效方面有望比硅基線路提高10倍。第一個(gè)初級(jí)納米管晶體管誕生于1998年，人們期望這將開(kāi)啟一個(gè)高能效、先進(jìn)計(jì)算設(shè)備新時(shí)代，但受制于碳納米管本身固有的缺點(diǎn)，這一愿景一直未能實(shí)現(xiàn)。
“作為未來(lái)的密集型高能效集成電路，碳納米晶體管極具吸引力。然而當(dāng)人們想把它們用在微電子領(lǐng)域時(shí)，卻遭遇到巨大的障礙。最主要的就是它們的位置和電屬性的變化。”IBM托馬斯·瓦特森研究中心物理科學(xué)部主管蘇布拉迪克·高華說(shuō)。
在碳納米管能變成一種有現(xiàn)實(shí)影響力的技術(shù)之前，至少還要克服兩大障礙：第一，研究已證明，要造出具有“完美”直線型的納米管是不可能的，而扭曲錯(cuò)位的納米管會(huì)導(dǎo)致線路出錯(cuò)，以致功能紊亂;第二，迄今還沒(méi)有一種技術(shù)能生產(chǎn)出完全一致的半導(dǎo)體納米管，如果線路中出現(xiàn)了金屬碳納米管，會(huì)導(dǎo)致短路、漏電、脆弱易受干擾。
針對(duì)這兩大難題，研究人員設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的“缺陷-免疫”模式，生產(chǎn)出第一個(gè)全晶片級(jí)的數(shù)字邏輯裝置，能不受碳納米管線向錯(cuò)誤和位置錯(cuò)誤的影響。此外，他們還發(fā)明了一種能從線路中清除那些不必要元素的方法，從而解決了金屬碳納米管的問(wèn)題。他們的設(shè)計(jì)方法有兩個(gè)突出特點(diǎn)，首先是沒(méi)有犧牲碳納米管能效，其次還能與現(xiàn)有的制造方法和設(shè)施兼容，很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
他們的研究最近還被作為國(guó)際電子設(shè)備大會(huì)(IEDM)的邀請(qǐng)論文，以及美國(guó)電器與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)會(huì)報(bào)集成線路與系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的“主題論文”。
下一步，研究人員將嘗試造出數(shù)字集成系統(tǒng)的基本組件：計(jì)算線路與序列存儲(chǔ)，以及首個(gè)高度一體化的整體三維集成電路。
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