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丹灶金沙沙边不锈钢防盗网-功能性碳纳米管CPU终于诞生

2020-01-11 16:15:29| 发布者: 匿名| 热度: 2867

摘要: 三大突破令商用纳米管处理器成为可能麻省理工学院和美国模拟器件公司的工程师制造出了首个完全可编程的16位碳纳米管微处理器。基于碳纳米管的逻辑门电路中如果有一些金属纳米管,则意味着该电路会浪费电力而且会产生噪声信号。以往研制纳米管处理器时仅使用pmos。不过这种“替位式的掺杂”对于碳纳米管无效。舒拉克提到新的碳纳米管处理器时说,“现在我们知道这是可能的,而且能够在商业工厂中生产。”

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丹灶金沙沙边不锈钢防盗网,三大突破令商用纳米管处理器成为可能

麻省理工学院和美国模拟器件公司(analog devices)的工程师制造出了首个完全可编程的16位碳纳米管微处理器。它是到目前为止基于碳纳米管的互补金属氧化物半导体(cmos)最复杂的逻辑集成,它有1.5万个晶体管,通过具有商业可行性的技术在芯片制造工厂制造。该处理器名为“rv16x-nano”,其发明者说,它是超越硅技术发展的一个里程碑。

纳米管设备与硅晶体管不同,它可以轻松地被制成密集的3d互连层。美国国防部高级研究计划局(darpa)希望这种3d技术能够制成商业化的碳纳米管(cnt)芯片,使其具备如今前沿硅晶体管所拥有的高性能,并维持较低的设计和制造成本。

早在2013年,同一研究团队中就有成员制造出了一种集成178只晶体管的1位小型处理器。相比之下,最新的处理器是根据开源risc-v指令系统制造的,能够处理16位的数据和32位的指令。当然,由麻省理工学院副教授马克斯•舒拉克(max shulaker)带领的该团队运行了一套强制性的“hello, world!”程序对芯片进行了测试。

舒拉克的团队与美国模拟器件公司的工程师以及之后的skywatertechnology foundry公司一起开发了3种用于制造rv16x-nano的商业可行的技术:

1.制造碳纳米晶体管时,首先会将纳米管放入溶液中并铺在硅片上。大多数纳米管会均匀地铺在硅片上,但有些纳米管会堆叠在一起滚成上千束,无法形成晶体管。在制造小型测试电路时,这没什么要紧,舒拉克解释说,因为即便有一束纳米管破坏了一条电路,其他的纳米管也还是会起作用。不过,在大型集成电路中(例如rv16x-nano),纳米管堆叠的情况经常发生,可能会破坏整个处理器。

为了净化这种污染,研究人员开发出了一种名为“rinse”的技术。这种技术依据的原理是,单个纳米管会因为范德瓦尔斯力而比纳米管束更紧密地粘在基片上。首先在纳米管覆盖的基片涂上一层光阻剂,然后仔细地将其洗掉,在适当的条件下,这一过程会选择性地清除掉纳米管束,而留下单个的碳纳米管。

2.虽然rinse技术能够处理一种杂质,但另一种杂质差点毁掉了整个项目。碳纳米管有两种基本特性:金属性和半导体特性。基于碳纳米管的逻辑门电路中如果有一些金属纳米管,则意味着该电路会浪费电力而且会产生噪声信号。那么,要制作一个处理器时,多少金属纳米管算过剩?

舒拉克团队得出的答案“非常令人沮丧”。如今的商业工艺能够达到的最好的水平纯度为99.99%的半导体纳米管和0.01%的金属纳米管,然而,所需的纯度却是遥不可及的99.999999%。

“我们的想法是,如果不能想出解决的方法,那么我们就绕过它来进行设计。”舒拉克说。他们的团队发现,到目前为止,要求高纯度的主要原因并不是电力问题,而是噪声。他们注意到,在他们制造的逻辑电路中,有的电路组合比其他电路更容易受到噪声的影响。“这样一来,解决方案就简单了:我们的设计只用较优逻辑门组合的电路,而避免使用不好的组合。”他说。博士后研究员盖奇•希尔斯(gage hills)提出了一套名为“dream”的设计原则,它使得用能买到的现成碳纳米管材料制造大型集成电路成为可能。

3. 第三个重大突破名为“mixed”,这一突破使得制造cmos逻辑电路所需的两种晶体管成为现实。几十年来,所有类型的处理器中都使用到了cmos逻辑电路。这种逻辑电路中,既需要电子导电(nmos)晶体管,也需要空穴导电(pmos)晶体管。以往研制纳米管处理器时仅使用pmos。例如舒拉克制作的1位系统。

在硅材料中,是通过在晶体管的沟道区域掺杂不同的原子,有效加入硅晶格或窃取电子。不过这种“替位式的掺杂”对于碳纳米管无效。“要在不破坏纳米管的特性的前提下置换出原子很难。”舒拉克说。

因此他们转而采用“静电掺杂法”。他们设计了一种介电氧化物,向纳米管加减电子。通过使用一种名为“原子层沉积”(ald)的常见半导体制造技术,该团队可以沉积电介质(例如二氧化铪),一次一个原子层。通过操纵原子层的成分,比如给予略微较少或较多的氧,氧化物“要向纳米管释放电子或从纳米管获取电子”,舒拉克解释说。

谨慎地选择金属电极和ald工艺,研究人员能够可靠地制造空穴导电和电子导电设备。

“我们十年前就希望实现这种可能。”舒拉克提到新的碳纳米管处理器时说,“现在我们知道这是可能的,而且能够在商业工厂中生产。”

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