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来自 生命科学 2020-03-17 04:54 的文章
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研究人员让石墨烯警惕变得更实用js金沙国际

由于硅材料正在接近其物理极限,所以石墨烯顺理成章地被公认成为了硅材料的继任者。如果想要摩尔定律在石墨烯材料上延续,那么有一个问题就必须要搞清楚如何才能有效地使用石墨烯晶体管?与当前所采用的材料相比,石墨烯晶体管有着不可思议的速度;但是也有一个要命的问题,因为它不能被关上。如果试图拿石墨烯材料做开关的话,这就是问题所在。

50年前,英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了摩尔定律:集成电路上可容纳的电晶体数目,约每隔24个月便会增加一倍。最近几十年,这个定律堪称科技界的铁律,无论是半导体制造商还是芯片设计商,几乎都在按照这个规律发展。

js金沙国际,幸运的是,美国加州大学河滨分校由刘冠雄领导的一个研究团队,声称他们已经想出了一个实用的高科技解决方案。

但是,最近两年,以英特尔为首的半导体厂商开始放慢制程的升级迭代之路,而人们也不得不开始讨论摩尔定律的预言是否已经失效,半导体厂商又该如何面对这样的挑战?

简而言之,我们不应该把石墨烯当硅材料来看待。相反,刘和他的团队通过一个名叫负电阻(negative resistance)的不同现象,来模仿类似集体管的行为。

从最近一期的半导体国际技术路线图上可以看出,到2021年,微处理器内部的晶体管的尺寸缩小的进度不是放缓,而是将停止缩小,这也就意味着推动半导体行业变革的摩尔定律将正式退出历史舞台。

他们计划打造一个标准的石墨烯场效应晶体管,并确定需要诱导出负电阻的情境。这样就会创建出一个电压下凹(dip in voltage),很像是晶体管的开关行为,可用于执行逻辑方面的操作。

延续摩尔定律究竟有多难?

当然,要想在现实世界进行应用,仍然需要长时间的发展,但这至少是一个良好的开端。尤其是,IBM在短短的几年前展示过的100GHz石墨烯晶体管。专家们相信,才摩尔定律触顶之前,硅材料仍然至少还有9年的时间。

实际上,过去几十年半导体行业也没有和摩尔定律完全保持一致的节奏。

从1965年到1975年,芯片上的晶体管数量几乎每年都会翻番;然而在1975年之后,由于技术的限制,周期变为了两年;到上世纪90年代末,又回到了正规。

而现在半导体厂商又面临了什么样的困难?

目前,半导体制造商最先进的半导体制程已经达到了14nm,正在朝着10nm前进,但这几乎已经无限接近硅材料的物理极限。有人会说,未来还会有7nm和5nm,但事实真会如此吗?

如果继续按照摩尔定律来研发更高级的工艺制程,会面临物理和经济两方面的挑战。

摩尔定律本身是一条物理定律,但是在硅晶体管的尺寸接近10nm的时候,栅氧化层的厚度只相当于十个原子的厚度。这就会极易产生量子效应,并且导致晶体管的特性难以控制,例如漏电问题。对半导体厂商而言,这是一堵穿不透的墙。

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