全球首臺(tái)碳納米管PC 發(fā)布

1、全球首臺(tái)碳奈米管電腦面世上網(wǎng)時(shí)間：2013年10月02日美國(guó)史丹佛大學(xué)(Stanford University)的研究人員們最近展示首款採(cǎi) 用碳奈米管電晶體的可用電腦。透過(guò)導(dǎo)入一種所謂的免疫缺陷設(shè) 計(jì)(imperfection-immune design)，將奈米管整合於互補(bǔ)氧化金屬 半導(dǎo)體(CMOS)設(shè)計(jì)過(guò)程，研究人員們宣稱能夠克服碳半導(dǎo)體目前 面對(duì)的主要障礙。純碳的奈米直徑管一碳奈米管一一直被譽(yù)為理想的電晶體材料，因 為碳奈米管電晶體具有比矽晶電晶體速度更快且功耗更低的優(yōu)點(diǎn)。IBM與其他研究組織均分別展示碳奈米電晶體的相關(guān)研究，但至今 仍存在兩個(gè)問(wèn)題阻礙著全方位開(kāi)發(fā)進(jìn)展：無(wú)法以完全直向陣列

2、生長(zhǎng), 以及難以從金屬奈米管中找出半導(dǎo)體。因此，目前大部份的研究人 員已經(jīng)從奈米管改為研究平面碳石墨烯因?yàn)樗€能夠採(cǎi)用更 傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)開(kāi)發(fā)出來(lái)。而今，由史丹佛大學(xué)教授Subhasish Mitra與H.S. Philip Wong以 及博士候選人Max Shulaker所主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)們，透過(guò)這種可相容 於CMOS製程的免疫缺陷設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有的問(wèn)題，期望能因而 重振碳奈米管的研究與開(kāi)發(fā)工作。整合於矽晶圓上的碳奈米管電腦，專為尺寸更小且更具能效的CMOS 處理器而設(shè)計(jì)。透過(guò)結(jié)合免疫缺陷設(shè)計(jì)的技術(shù)與先進(jìn)製程，讓我們得以克服 採(cǎi)用碳奈米管時(shí)的挑戰(zhàn)，Mitra表示，我們的整個(gè)設(shè)計(jì)模式都與 矽晶相

3、容一-括製程與設(shè)計(jì)都符合CMOS製程。這一工作原理首先是使用化學(xué)氣相沈積(CVD)以左右整齊排列的方 式生長(zhǎng)碳奈米管。過(guò)去已經(jīng)為此嘗試過(guò)許多方法，但碳奈米管在矽 晶上生長(zhǎng)過(guò)程中常會(huì)彎曲，因而破壞了必須整齊排列才能製作出打 造高密度電晶體所需的完美設(shè)計(jì)特色。然而，史丹佛大學(xué)的新方法 首先石英上製造精確陣列，讓99.5%的奈米管以整齊的直線左右排 列，再將這些陣列移植至CMOS晶圓上。Mitra解釋，如果你在矽晶基底上生長(zhǎng)奈米管，那看起來(lái)就會(huì)像意大利麵條一樣；相反地，我們?cè)谑⑸峡墒蛊湟灾本€方式整齊地生 長(zhǎng)，然後再將它們移植到晶圓上。然而，即使是99.5%的奈米管都能整齊地平行排列，其餘的0.5%

4、通 常就會(huì)為具有數(shù)十億個(gè)碳奈米管電晶體的CMOS晶片帶來(lái)無(wú)法預(yù)期 的缺陷。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員們使用一種電路佈局技術(shù)， 它能以作用於任何任意取向碳奈米管的圖論演算法(graph-theoretic algorithm)為特定功能蝕刻出預(yù)定義區(qū)域。這種可調(diào)整的途徑採(cǎi)用與 CMOS邏輯合成相同的設(shè)計(jì)架構(gòu)，從而產(chǎn)生免於缺陷的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)。這種免疫缺陷技術(shù)還克服了第二個(gè)問(wèn)題一-金屬奈米管。奈米管的製 造技術(shù)通常可產(chǎn)生半導(dǎo)體與金屬奈米管的組合。但現(xiàn)在的問(wèn)題是使 用奈米管作為電晶體通道時(shí)，則只能根據(jù)半導(dǎo)體的種類而定，因?yàn)?金屬可能導(dǎo)致電晶體無(wú)法關(guān)閉。為了消除金屬奈米管，史丹佛大學(xué) 的研究人員使用電擊穿技術(shù)，首先關(guān)閉所有的半導(dǎo)體奈米管，然後 再傳送足夠的電流至剩下的金屬使其汽化蒸發(fā)，從而清除所有的電 路而僅留下半導(dǎo)體奈米管。因此，史丹佛大學(xué)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)得以開(kāi)發(fā)出一款可用的中央處理單元 (CPU)，採(cǎi)用178個(gè)碳奈米管電晶體來(lái)執(zhí)行來(lái)自精簡(jiǎn)指令集電腦(RISC)的20條指令。該RISC最初由史丹佛大學(xué)教授JohnHennessy開(kāi)發(fā)出來(lái)，他後來(lái)還成為MIPS Technologies的共同創(chuàng) 辦人，目前則是史丹佛大學(xué)校長(zhǎng)。研究人員表示，這種免疫缺陷技術(shù)原本在史丹佛大學(xué)有限的原型設(shè) 備下只限於178顆電晶體，如今已相當(dāng)靈活且相容於CMOS。美