昊明有态度|完全由碳制成的金属线：为碳基计算机奠定基础
导读
据美国加州大学伯克利分校官网近日报道 ， 该校化学家和物理学家团队创造出完全由碳制成的金属线 ， 为进一步开展研究以打造碳基晶体管奠定了基础 。
背景
如今 ， 智能手机、笔记本电脑等电子产品在我们身边随处可见 。 然而 ， 我们一直追求着更快的运行速度、更低的耗电量 。 因此 ， 作为电子器件的基础 ， 晶体管研究领域的技术突破显得非常重要 。
文章图片
各种型号的晶体管（图片来源:维基百科）
根据摩尔定律 ， 随着半导体技术不断进步 ， 晶体管尺寸将不断缩小 ， 单颗芯片上可容纳的晶体管数量不断增加 ， 如今最先进的芯片上容纳的晶体管数量已经过百亿 。
文章图片
摩尔定律-集成电路芯片上晶体管数量（1976-2016）（图片来源：维基百科）
可是 ， 随着晶体管尺寸逼近5纳米 ， 我们就会面临新的问题 ， 例如“量子隧道效应” 。 也就是说 ， 电子不再受制于欧姆定律 ， 穿越了原来无法穿越的势垒 ， 引起了集成电路漏电现象 ， 使晶体管变得不再可靠 。 此外 ， 随着单颗芯片上集成的晶体管数量不断增加 ， 电荷带来的发热问题会更加严重 ， 从而影响到芯片的处理速度与性能 。
为了打破传统硅基芯片发展面临的物理制约瓶颈 ， 世界各国的科学家们近年来开始研究替代硅基芯片的新型材料 。
文章图片
由碳纳米管场效应晶体管制成的新型微处理器的显微图像 。 （图片来源：FeliceFrankel）
文章图片
石墨烯光电晶体管（图片来源：ErinEasterling/普渡大学）
碳基晶体管有望提升计算机的速度 ， 并将其功耗降低至千分之一以下（我们可以想象一部手机保持数月的电量） 。 但是到目前为止 ， 构建有效的碳电路所需的工具集仍不完整 。
创新近日 ， 美国加州大学伯克利分校的化学家和物理学家团队终于创建出工具箱中最后一个工具 ， 即完全由碳制成的金属线 ， 为进一步开展研究以打造碳基晶体管并最终成为碳基计算机奠定了基础 。
加州大学伯克利分校化学系教授费尼克斯·菲舍尔（FelixFischer）指出 ， 用相同材料制作所有电路元件的能力可使制造变得更简单 。 他表示：“碳基材料领域内的相同材料 ， 是现在可以将这项技术整合在一起的原因 。 这一直是全碳基集成电路架构的全局中缺少的关键事物之一 。 ”
加州大学伯克利分校与劳伦斯伯克利国家实验室（BerkeleyLab）的研究人员于2020年9月25日将他们的发现发表在《科学》（Science）杂志上 。
技术
金属线（例如用于连接计算机芯片中晶体管的金属通道）将电子从一个设备运送到另一个设备 ， 并互连晶体管（计算机构建模块）中的半导体元件 。
加州大学伯克利分校的小组一直致力于如何用石墨烯纳米带制造半导体和绝缘体 。 石墨烯纳米带是一维的、原子厚度的石墨烯窄带 。 石墨烯是一种完全由碳原子组成的结构 ， 碳原子排列成相互连接的六角形图案 ， 类似于六角形网眼铁丝网 。
文章图片
石墨烯结构示意图（图片来源：TatianaShepeleva/Shutterstock）
文章图片
石墨烯纳米带示意图（图片来源：YvesRubin）
尽管其他碳基材料（如扩展的二维石墨烯和碳纳米管薄片）可以是金属的 ， 但也存在问题 。 例如 ， 将二维石墨烯薄片重塑为纳米级条带 ， 可自动地将其变成半导体 ， 甚至绝缘体 。 碳纳米管是极好的导体 ， 但却不能以与纳米带相同的精度和可重复性大量制备 。
推荐阅读
- 昊明有态度|小米宣布发布80W无线充电：这速度确实太残暴了
- 半导体|美国再度“出手”！ASML态度突变，国内半导体产业崛起已成必然
- 金十数据|巴西态度又变卦了，9月才说不限制中企5G！刚刚消息曝出
- 电脑专家团|加大对加拿大投资，欧盟态度反转是不是晚了点，华为正式放话
- 昊明有态度|北大、斯坦福提出基于动态图网络学习的三维部件拼装
- 华为鸿蒙系统|华为也没想到，对于鸿蒙系统，三星的态度如此“强硬”
- 闸北陆小哄|但没法否定她前卫且自成一派的穿搭态度，可以质疑杨幂的演技
- 华为鸿蒙系统|谁也没想到！面对华为鸿蒙系统，三星是这样的“态度”
- 昊明有态度|视美乐陈龙：5年后激光电视有望破1000万台！为何如此自信？
- 芯片|台积电表明态度，这是美国挑战行业底线的后果！