中國粉體網(wǎng)11月7日訊 斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們?nèi)涨皥蟾妫麄円呀?jīng)建成世界上第一臺完全使用碳納米管做晶體管的計算機。雖然還只能算是個原型，但是人們已經(jīng)可以預(yù)見一臺理想的碳納米管電腦：它將比現(xiàn)在的硅芯片電腦更小、更快、更節(jié)能。
計算機并不是生來就如此小巧便捷的。第一臺電腦在1946年誕生的時候，占據(jù)了美國賓夕法尼亞大學(xué)一個170平方米的大房間，跟一輛坦克差不多重，全身插滿了真空管和二極管；而30年后，一片邊長不到1厘米的正方形硅芯片就能擁有和這個龐然大物一樣的計算能力。這就是新材料的偉力。
作為長期以來最具商業(yè)影響力的半導(dǎo)體材料，硅有著輝煌的歷史，它見證了計算機在小型化和高性能道路上的飛速發(fā)展。硅基芯片的成功一次次驗證了摩爾定律：同一塊集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，每隔約18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。
然而，摩爾定律終將遭遇瓶頸。由于制造工藝和材料本身物理屬性的限制，許多人認為，幾年之內(nèi)科學(xué)家就將發(fā)現(xiàn)硅基電子元件的發(fā)展到達極限，無法制備出更小的硅晶體管。誰將是代替硅的下一代新材料？碳納米管當(dāng)仁不讓。
制備出世界上最長碳納米管的清華大學(xué)化學(xué)工程系教授魏飛評價，碳納米管構(gòu)成的晶體管，比硅基元件在體積大小上有了數(shù)量級程度的下降，同時在處理速度上將有幾個數(shù)量級的提升。當(dāng)信息產(chǎn)業(yè)跨入以全碳器件為核心的新時代，電子元件的加工極限將延伸到1納米尺度�！巴耆褂锰技{米管計算機的問世，對于信息技術(shù)革命有其里程碑式的意義�！�
人們很早就發(fā)現(xiàn)了碳納米管的優(yōu)秀屬性：極其微小，又很堅韌，耐高溫，也不怕冷……2012年，IBM研究人員研發(fā)的碳納米管晶體管，運行速度已經(jīng)是傳統(tǒng)硅晶體管的三倍，并且可以密集排列在一塊計算機晶片上。但是想要拿來建成可以計算、編程的計算機，還存在兩個難題—斯坦福大學(xué)團隊成功解決了它們。
一個難題是碳納米管在培育過程中會產(chǎn)生一些“變異分子”，它們不再是半導(dǎo)體，而是像金屬一樣的導(dǎo)體，如雜草一樣干擾芯片的制造。科學(xué)家的辦法是給所有的碳納米管通電，變成導(dǎo)體的那一部分就會受熱氧化，最終變成二氧化碳，這樣就巧妙地去除了雜質(zhì)。另一個難題是如何保證碳納米管按照整齊的平行線生長，如此電路才能正常工作�？茖W(xué)家一方面改進工藝，包括用前面所說的通電燃燒的辦法，使99.5%的碳納米管都能沿直線生長；對于剩下的0.5%“不聽話”的碳納米管，他們設(shè)計了一個算法，使得電路布線可以巧妙地繞過這一部分，從而解決了這個問題。
這臺碳納米管計算機最終包含178個晶體管，可執(zhí)行計數(shù)和數(shù)字排序等任務(wù)，并能運行一個基本的操作系統(tǒng)。斯坦福大學(xué)教授薩巴辛·米特拉（Subhasish Mitra）認為，他們的工作將多年來人們設(shè)想的全碳納米管計算的概念變成了實實在在的制造工藝。雖然前路漫漫，但是碳納米管半導(dǎo)體以產(chǎn)業(yè)規(guī)模進行生產(chǎn)，最終取代硅半導(dǎo)體的第一步已經(jīng)邁出。魏飛說，進一步解決高質(zhì)量的半導(dǎo)體性碳納米管的超長、定向、高密度排列問題，并利用高端技術(shù)研發(fā)高端產(chǎn)品，將碳基芯片應(yīng)用于硅基計算做不到的領(lǐng)域，將是碳納米管計算機研究未來的發(fā)展方向。
計算機并不是生來就如此小巧便捷的。第一臺電腦在1946年誕生的時候，占據(jù)了美國賓夕法尼亞大學(xué)一個170平方米的大房間，跟一輛坦克差不多重，全身插滿了真空管和二極管；而30年后，一片邊長不到1厘米的正方形硅芯片就能擁有和這個龐然大物一樣的計算能力。這就是新材料的偉力。
作為長期以來最具商業(yè)影響力的半導(dǎo)體材料，硅有著輝煌的歷史，它見證了計算機在小型化和高性能道路上的飛速發(fā)展。硅基芯片的成功一次次驗證了摩爾定律：同一塊集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，每隔約18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。
然而，摩爾定律終將遭遇瓶頸。由于制造工藝和材料本身物理屬性的限制，許多人認為，幾年之內(nèi)科學(xué)家就將發(fā)現(xiàn)硅基電子元件的發(fā)展到達極限，無法制備出更小的硅晶體管。誰將是代替硅的下一代新材料？碳納米管當(dāng)仁不讓。
制備出世界上最長碳納米管的清華大學(xué)化學(xué)工程系教授魏飛評價，碳納米管構(gòu)成的晶體管，比硅基元件在體積大小上有了數(shù)量級程度的下降，同時在處理速度上將有幾個數(shù)量級的提升。當(dāng)信息產(chǎn)業(yè)跨入以全碳器件為核心的新時代，電子元件的加工極限將延伸到1納米尺度�！巴耆褂锰技{米管計算機的問世，對于信息技術(shù)革命有其里程碑式的意義�！�
人們很早就發(fā)現(xiàn)了碳納米管的優(yōu)秀屬性：極其微小，又很堅韌，耐高溫，也不怕冷……2012年，IBM研究人員研發(fā)的碳納米管晶體管，運行速度已經(jīng)是傳統(tǒng)硅晶體管的三倍，并且可以密集排列在一塊計算機晶片上。但是想要拿來建成可以計算、編程的計算機，還存在兩個難題—斯坦福大學(xué)團隊成功解決了它們。
一個難題是碳納米管在培育過程中會產(chǎn)生一些“變異分子”，它們不再是半導(dǎo)體，而是像金屬一樣的導(dǎo)體，如雜草一樣干擾芯片的制造。科學(xué)家的辦法是給所有的碳納米管通電，變成導(dǎo)體的那一部分就會受熱氧化，最終變成二氧化碳，這樣就巧妙地去除了雜質(zhì)。另一個難題是如何保證碳納米管按照整齊的平行線生長，如此電路才能正常工作�？茖W(xué)家一方面改進工藝，包括用前面所說的通電燃燒的辦法，使99.5%的碳納米管都能沿直線生長；對于剩下的0.5%“不聽話”的碳納米管，他們設(shè)計了一個算法，使得電路布線可以巧妙地繞過這一部分，從而解決了這個問題。
這臺碳納米管計算機最終包含178個晶體管，可執(zhí)行計數(shù)和數(shù)字排序等任務(wù)，并能運行一個基本的操作系統(tǒng)。斯坦福大學(xué)教授薩巴辛·米特拉（Subhasish Mitra）認為，他們的工作將多年來人們設(shè)想的全碳納米管計算的概念變成了實實在在的制造工藝。雖然前路漫漫，但是碳納米管半導(dǎo)體以產(chǎn)業(yè)規(guī)模進行生產(chǎn)，最終取代硅半導(dǎo)體的第一步已經(jīng)邁出。魏飛說，進一步解決高質(zhì)量的半導(dǎo)體性碳納米管的超長、定向、高密度排列問題，并利用高端技術(shù)研發(fā)高端產(chǎn)品，將碳基芯片應(yīng)用于硅基計算做不到的領(lǐng)域，將是碳納米管計算機研究未來的發(fā)展方向。
