碳納米管將取代硅成為處理器芯片材料分析測試百科網wiki版

發布時間：2012-11-15 09:27 原文鏈接：碳納米管將取代硅成為處理器芯片材料

　　至少過去的五十年時間我們全部的計算機、游戲機、智能手機、汽車、媒體播放器甚至是鬧鐘的處理器核心都是由硅組成的。但是科學家和研究人員現在認為硅晶體處理器即將達到它們的極限。IBM公司的科學家們似乎已經找到了一種真實的方式拋開硅晶體而轉向碳納米管。

　　碳納米管未來將取代硅成為處理器芯片材料

　　碳是自然界中多才多藝的元素，表現形式包括煤炭、鉛筆芯和鉆石等。它的表現形式之一是石墨烯。你可以把石墨烯想象成有點像分子組成的鋼絲網：單個碳原子以六邊格的形式結合在一起，形成只有一個原子厚的薄層。碳納米管就是一張石墨烯薄片卷起來形成的一個圓柱。碳納米管的長度超過它的寬度1億倍。那對我們來說仍然是很微小的，但是碳納米管能夠比任何其它已知的圓柱形納米結構都要大的多。如果你想要設計處理器芯片這樣的小物品時那是非常有用的特征。

　　像硅、碳納米管也是半導體，而且理論上在某些情況下導電性是銅的百倍。這就使它們它們成為為數不多能夠在芯片設計上取代硅的材料之一。指望使用碳納米管制造處理器的芯片設計師面臨一個主要問題：如何處理它們并且把它們安置成為處理器所需要的各種各樣模式。目前的芯片制造商基本上都是將硅晶片嵌入到導電材料的圖層中，然后使用化工產品或者激光和粒子束蝕刻的方法來刻繪出線路和個體三極管。晶體三極管是數字處理器的絕對核心，不僅負責存儲而且負責設備中的代碼運行。傳統的蝕刻技術制作的晶體管不會使用納米管，但是IBM公司的研究人員提出一項新的技術能夠使碳納米管靈巧的對準了蝕刻在晶片上的路線。

　　這些碳納米管結合的多么緊密?根據IBM材料科學家詹姆斯-漢諾所說，大約每平方厘米存在十億納米管。使用碳納米管打造的處理器能夠使數字技術繼續穩步前進。自從1958年開發出第一套集成電路，晶體管制造商的數量大約每兩年就會翻一番。硅還沒有走到路的盡頭，芯片制造商已經開始為新一代或者說第二代硅芯片開發做準備。芯片正逐漸變得如此微小以至于都能夠使用單個原子進行測量。這就為制造這種芯片設置了一個高門檻，制造商每生產一個處理器都需要執行十億次原子精度的操作。

　　理論上說，碳納米管制造的處理器能夠比目前的晶體管技術更加的小。就像今天的處理器一樣，更小的體積意味著消耗更少的能量。對于移動設備來說那就意味著更少的熱量和更長的電池壽命。此外碳納米管的電性能也意味著它們能夠比硅晶體管實現更快的開關通斷，這就意味著它們能夠以比現在的芯片更快的速度進行運轉。因此納米管處理器將更小、更快，而且由于它們是由碳組成，或許也就更環保。事實上并非如此，盡管碳納米管確實比許多高科技產品中的材料給環境帶來較小的危害，制造碳納米管處理器的過程不太可能比制作硅晶片更環保，更不用期待它們能夠實現生物降解了。同樣的，這種芯片仍然難以制造而且昂貴。就像今天最新、最快的芯片只能夠為最華麗的高端設備使用。碳納米管處理器或許將是計算機的未來技術，但是它們出現在零售商的貨架上還需要很長一段時間。