碳納米管為基礎的全晶片數字電路首次研制成功
2012-06-20
據物理學家組織網6月15日(北京時間)報道，最近，美國斯坦福和南加州大學工程師開發出一種設計碳納米管線路的新方法，首次能生產出一種以碳納米管為基礎的全晶片數字電路，即使在許多納米管發生扭曲偏向的情況下，整個線路仍能工作。
碳納米管(CNTs)超越了傳統的硅技術，在能效方面有望比硅基線路提高10倍。第一個初級納米管晶體管誕生于1998年，人們期望這將開啟一個高能效、先進計算設備新時代，但受制于碳納米管本身固有的缺點，這一愿景一直未能實現。
“作為未來的密集型高能效集成電路，碳納米晶體管極具吸引力。然而當人們想把它們用在微電子領域時，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部主管蘇布拉迪克·高華說。
在碳納米管能變成一種有現實影響力的技術之前，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，而扭曲錯位的納米管會導致線路出錯，以致功能紊亂;第二，迄今還沒有一種技術能生產出完全一致的半導體納米管，如果線路中出現了金屬碳納米管，會導致短路、漏電、脆弱易受干擾。
針對這兩大難題，研究人員設計了一種獨特的“缺陷-免疫”模式，生產出第一個全晶片級的數字邏輯裝置，能不受碳納米管線向錯誤和位置錯誤的影響。此外，他們還發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題。他們的設計方法有兩個突出特點，首先是沒有犧牲碳納米管能效，其次還能與現有的制造方法和設施兼容，很容易實現商業化應用。
他們的研究最近還被作為國際電子設備大會(IEDM)的邀請論文，以及美國電器與電子工程師協會(IEEE)會報集成線路與系統計算機輔助設計方面的“主題論文”。
下一步，研究人員將嘗試造出數字集成系統的基本組件：計算線路與序列存儲，以及首個高度一體化的整體三維集成電路。
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