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摩尔定律为半导体工业的发展节奏设定了基本步调

作者admin 来源真人娱乐,真人娱乐官网 时间2019-01-02
电荷与自旋是电子的两个内禀属性19世纪以来人类开始调控电子的电荷属性发展了以半导体为基础的微电子学奠定了第三次产业革命的基础
 
0和1是计算机记录和存储的底层语言传统电子器件依赖电荷产生这两个数字而自旋电子器件则依赖自旋
 
“就像条?#26410;?#38081;的南北极一样自旋电子材料可借助‘上’或‘下’的电子自旋将二进制数据记录在材料中”天津大学微电子学院副院长博?#21487;?#23548;师徐江涛说
 
“传统电子器件只是利用电子的电荷流动存储传输信息自旋电子学器件在信息处理过程中可只利用自旋作为传输载体避免电荷的流动从而大大降低能耗”董红说
 
“自旋电子器件工作时产生的热量很少与常见的电子器件相比无须耗费更多的能源给器件散热相对来说更省电”徐江涛说自旋电子器件未来?#22411;?#35299;决现代电子计算机功耗大和散热难这两大难题
 
运算速度更快或取代传统器件
 
按照摩尔定律设定的节奏在过去的几十年中单位面积芯片上的元器件不断“瘦身”但其尺寸不可能无限制地缩小下去在现有技术条件下晶体管最小可做到3纳米线宽但目前大多数商?#23548;?#21035;的应用?#32426;?#30041;在7纳?#20303;?/div>
 
“这是逼近晶体管物理极限的宽度”董红解释道因为从物理定律来看3纳米线宽几乎就是物理极限
 
制约摩尔定律发展的核心因素是在物理方面随着芯片尺寸的不断缩小芯片产生的热量将会增加对电路自身会造成危害其次由于芯片在生产过程中不可避免地混?#24615;?#36136;而伴随着尺寸的缩小杂质的密度就会增大杂质的聚集将会影响导电性能目前芯片?#24615;?#36136;含量已接近所能允许的极限
 
此外随着芯片尺寸的缩小将发生电子漂移现象晶体管会失去可靠性可能无法控制电子的进出从而无法制造出1和0
 
董红表示新闻中英特尔公司研发的新款元件由多铁材?#29616;?#25104;这使得其既具有磁性又具有铁电性“这种材料的优势在于磁性和铁电性这两种状态是相互联系或耦合的改变一种就会影响另一种通过控制电场状态就能改变磁场状态这也让其能?#34892;?#36991;免电子漂移现象的出现同时也提升了运算速度”董红说既环保又高效自旋电子器件优点多多如此看来传统晶体管技术未来必将被这支“后备军”所取代
 
然而?#34385;?#27809;有那么简单
 
董红表示截至目前芯片厂商仍在固守旧路努力研制接近线宽极值3纳米的晶体管而鲜有考虑从其他路径进行颠覆性创新
 
“其中一个重要的原因是半导体产业不是一锤子买卖不存在一个技术能包治百病解决所?#24418;?#39064;”董红表示“芯片厂商们更加希望有可?#20013;?#22810;年的路线图如同摩尔定律一样引导产业?#20013;?#33719;利”
 
正因如此英特尔公司在评估了25个不同的技术路线后判断MESO在长期内具有?#20013;?#36845;代的可能才最终确定了这种新型方案
 
厂商们想要的是低?#24230;?#39640;产出谁也不愿用真金白银去?#28304;?ldquo;半导体芯片是一个需要高?#24230;?#35268;模效应的产业投资周期长风险大大多数人不愿冒险”董红说
 
“目前自旋电子技术尚处在起步阶?#21361;?#31163;产业应用至少还有15年的时间”董红说“开发自旋电子器件仍有几个技术瓶?#24517;?#24453;突破?#28909;?#22312;自旋电子材料中生成?#22270;?#27979;极度微小的电子自旋信号就是主要障碍之一”
 
徐江?#25105;?#35748;为由于涉及到器件设计制备优化等一系?#23567;?#20840;行业的改变MESO这种新型的构架走出实验室走向大规模应用还需时日
 
“若‘超级芯片’得到应用将极大地降?#22270;?#31639;功耗但不排除在等待它降临的期间会出现更优的技术路线或更有利于芯片产业革新的技术方案”徐江涛说“不管采用哪种技术方案毫无疑问这将是一场技术革命对芯片产业?#22270;?#31639;机产业来说都将起到极大的推动作用”英特尔公司的共同创始人戈登·摩尔发布了?#29615;?#20026;“信息技术第一法则”的摩尔定律该定律指出集成电路上可容纳的元器件数目每18个月约翻1倍
 
在过去的半个多世纪里摩尔定律为半导体工业的发展节奏设定了基本步调自摩尔定律提出以来不论是从单个芯片晶体管数目角度还是从微处理器芯片半导体存储器以及系统软件角度来考察摩尔定律的预言与现实都惊人地吻合?#23578;?#29255;上晶体管的尺寸不可能无限制地缩小下去芯片单位面积上可集成的元器件数目会达到极限因此唱衰摩尔定律的声音也越来越盛不断有人预测出该定律失效的时间或许是10年或许是15年
 
前不久英特尔公司?#22270;又?#22823;学伯克利?#20013;芯?#20154;员借助自旋电子MESO技术研发出一种名为“磁电旋转轨道”的逻辑元件可将常见芯片元器件尺寸缩至当前的1/5同时可降低能耗超90%有业内人士估计科研人员可借助这一元件研发出“超级芯片”为摩尔定律“续命”
 
那么自旋电子技术到底是何方神圣?#20811;?#30495;能让摩尔定律?#26377;?#36745;煌吗
 
用自旋作信息载体大幅降低能耗
 
“自旋电子技术利用电子自旋作为信息载体通过调控与操纵自旋实现数据存储逻辑运算等”南开大学电子信息与光学工程学院副教授董红在接受科技日报记者采访时说
 
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