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全碳運算元件可望取代硅晶體管

日期:2017/6/15 9:28:17
摘要:全碳運算元件可望取代硅晶體管
關鍵詞:元件、硅晶體管

美國科學家提出一種完全用碳制成運算元件的設計方案,在此基礎上可能制造出更小、效率更高的新型晶體管,取代目前的硅晶體管,大大提升計算機性能。

由于硅基半導體發展面臨瓶頸,研究人員正積極研究替代方案,例如以電子的自旋屬性為基礎,用石墨烯等碳材料制造集成電路的基本運算組件——邏輯門。但此前還沒有人成功地使這種新型邏輯門實現有效的“級聯”,即能把信號依次傳遞下去的結構。

美國得克薩斯大學達拉斯校區的科學家在新一期英國《自然·通訊》雜志上提出一種全碳自旋元件設計方案,能夠實現級聯效果,而且能在沒有物理接觸的情形下“無線”傳遞信號。

這個方案使用了碳納米管和石墨烯納米帶兩種碳材料,后者指寬度小于50納米的石墨烯條帶。電子流經碳納米管形成電流,電流產生磁場,影響附近的石墨烯納米帶里的電流,實現多個邏輯門之間的級聯。

研究人員認為,由于石墨烯納米帶之間的通信是由電磁波進行的,不像硅半導體那樣通過電子流動實現,通信速度會快得多,時鐘頻率有可能達到太赫茲(每秒一萬億次)的級別,這比當前主流計算機快1000倍。另外,新元件能打破硅晶體管無法超越的極限,實現小得多的尺寸。

這個設計方案仍處于藍圖階段,研究人員計划下一步制造出原型器件,檢驗其效率。