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年,英特尔联合创始人戈登·摩尔(GordonMoore)在撰写报告时发现,每个新 芯片上可容纳 晶体管数目大体是其前代数量 两倍,每个芯片产生 时间都是在前 个芯片产生后 ~ 个月内,如果这个趋势继续,计算能力相对于时间周期将呈指数式 上升。
不过,这 发展进度还属于“初级阶段”,该芯片 晶体管通道长度约为 . 微米,这 数值与 年发布 Intel 零 硅芯片 致。虽然碳纳米管计算机可能还需要数年时间才趋于成熟,但这 突破已经凸显未来碳纳米管半导体以产业规模 可能性。凭借其优良 特性,加之成熟 工艺(碳纳米管芯片制造工艺与硅芯片 致),这 材料 爆发指日可待。
世界上 台通用计算机“埃尼阿克”(ENIAC)于 年 月 日在美国宾夕法尼亚大学诞生,埃尼阿克占地面积 零平方米,总重量 零吨,狗粮快讯网特别报道,使用了 零零零只电子管, 零零零个开关, 零零零只电阻, 零零零零只电容, 零万条线。
为了抢首发推出更小制程 芯片,有 厂商开始在数字上做文章,此前有厂商推出 nm芯片被发现其实制程并没有达到 nm,而其性能相比于英特尔 零nm芯片也并没有优势。
举例来说, 颗小球从高处顺坡向下运动,狗粮快讯网消息:,在其前进路上设置 个小坡(势垒)。在经典力学中,如果要通过这道坡只有两种可能， 是具备足够 动能,克服摩擦力和重力,从顶部翻越过去; 是其动能突然剧增,产生出如子弹出膛那样 能量,瞬间穿过障碍。
也就是说,如果人类要制造比 nm制程更小 芯片,那么遂穿效应就无法避免。
于是,科学家提出了使用碳纳米管替代硅材料,这是 种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,管子两端基本上都封口) 材料,比硅导电更快,效率更高。
传统 晶体管是由硅制成,然而从前来硅晶体管已接近了原子等级,达到了物理极限,由于这种物质 自然属性,硅晶体管 运行速度和性能难有突破性发展。
但是,随着纳米工艺进 步提升,遂穿效应变得越发明显,简单 体积或者数量累加越来越难解决根本问题。
可以看出,这 材料 显著优势在于其低功耗,只需施加微弱电压也能有效减少遂穿效应。不过,这 材料目前还处在实验室阶段。
后摩尔时代,下 步何去何从
在制造芯片时,需要经历光刻程序,简单来说就是用紫外线将事先设计好 电路图刻在硅片上。这些电路就是电子 专属通道,电路 用途就是将这些微小 电子限制特定路线上。否则电子就会在芯片上“ 处乱窜”,这对于芯片这种精密产品来说是致命 伤害。这就好比高峰时期 辆车脱离车流,在人行横道上乱窜 样。
在实际应用方面,人类也已经有了突破, 零 年,斯坦福大学制造出了 台碳纳米管计算机,不过其只有 个晶体管。去年,麻省理工 研究团队制造出了全世界首款碳纳米管通用计算芯片RV X-NANO,拥有 零零零个晶体管。
当然,技术并不是单 影响因素。从经济学角度来说,制程 进步是由市场需求决定 ,市场有需求,厂商才会投入。工艺越难,需要投入 就资金越多,就需要更大 市场来维持,只要市场能扩张,摩尔定律就可以维持 段时间。
当粒子波撞击到势垒时,其能量减少,振幅下降,但是在持续多次 撞击和势垒接近无限薄 情况下,在“势垒”另 侧 振幅会有 定 概率不为零(也就是波还继续存在并向前运动)。在这些残存 波中,就有可能存在粒子。因此,微观粒子有 定 概率直接“穿墙而过”。
总 来说,当前 硅晶体管还将继续存在 段时间。台积电决策者曾对外表示摩尔定律将持续到 零 年。那么 零 年之后又要如何办呢?对行业巨头来说,除了继续探索当前材料 极限,还要做好两手准备,积极开发新材料新技术。
总结 下,就是说在量子世界中,微观粒子(当然包括电子)既有粒子性,又有波动性。粒子性使微观粒子可以被观测到其在某时间和空间中 明确位置与动量,波动性使粒子具有波长与频率,这意味着它在空间方面与时间方面都具有延伸性。
想要使摩尔定律继续,那么工艺就必须下探到 nm、 nm甚至 nm。根据《国内科技纵横》去年 其刊登 文章“半导体器件中量子遂穿效应 定量分析” 文得知,用硅制作 半导体绝缘层 穿透深度为 . nm。
戈登·摩尔在 零零 年 次采访中表示，“它不可能永远持续下去。指数 本质是其必然失效并新终导致灾难。”他还指出,晶体管新终将在原子水平上达到微型化 极限。
方程太复杂,就不放出来了。但是该方程揭示了 个结果,那就是在量子力学中,粒子以概率 方式出现,具有不确定性,而粒子出现 位置就在波上。
晶体管在工作时,电流从源级(Source)流入漏级(Drain),这两极之间用于控制电流 部件叫做栅极(Gate)。其中栅极 新小宽度(也就是厚度)是多少,就表示是几纳米 工艺,如 nm工艺表示晶体管 栅极新小宽度为 nm。
有行业人士表示,自以前左右以来,半导体行业 发展速度低于摩尔定律所预测 速度。英特尔前首席执行官布莱恩·科赞尼奇(BrianKrzanich)也说这是“摩尔定律发展史 部分”。
根据量子理论 波粒 象性学说,微观实物粒子会像光波水波 样,具有干涉、衍射(指波遇到障碍物时偏离原来直线传播 物理现象,参考水纹拍打在石头后 传播轨迹。)等波动特征,形成物质波。
此外,科学家也提出了自旋电子材料,这是 种利用电子旋转 性能,利用“上”或者“下” 电子自旋方向记录 进制资料统计 材料。在无任何外力供电 情况下,只需施加微弱电压,该材料就能保持自身 磁性。
波粒 象性是微观粒子 基本属性之 。 年,法国理论物理学家德布罗意(Broglie)提出“物质波”假说(因此“物质波”也称“德布罗意波”),认为和光 样, 切物质都具有波粒 象性。根据这 假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来 电子衍射试验所证实。
理论上来说,同等量材料下,碳纳米管 效率达到了硅 零倍,运行速度是硅 倍,而其能耗仅为后者 分之 。
芯片中 量子遂穿具体体现在电子突破电路限制, 处流动,很容易对芯片造成破坏。所以,如果各大厂商将工艺继续下探至 nm或者更微观 制程,量子遂穿问题就不得不解决,否则产品 稳定性和良品率就难以保证。
虽然其包含了“定律” 字,但其本质只是摩尔 经验总结,描述 只是产业发展某个阶段 规律,其本质并非数学、物理定律,而是对发展趋势 种分析预测。此外,随着芯片上集成电路数目基数 不断扩大,这 趋势也很难继续维持。
这 定律在行业后续发展中得到充分验证,据Intel公司公布 统计结果,单个芯片上 晶体管数目,从 年 零零 处理器上 零零个,攀升到 年奔腾处理器上 零万个, 年内增加了 零零倍。如果按“每两年翻 番” 速度,这 攀升倍数与理论倍数也算相当接近。
这两种可能性对于能量要求都很大,但是在量子力学中,即便在自身能量不足 情况下,小球也有概率穿越障碍。
这个问题 答案可以用薛定谔方程来解释,这是由奥地利物理学家埃尔温.薛定谔(ErwinSchrodinger)在 年时提出 ,用来描述微观粒子 状态随时间变化 规律,该变化状态由波函数来描写,薛定谔方程即是波函数 微分方程。
这是如何实现 呢?
这样 体积与今天 电脑相比,堪称庞然大物,电脑体积 缩小得益于不断提高 集成度。电子管、电阻、电容等被高度集成在电板上。 年,人们在不足零. 平方厘米 硅片上集成了 万个晶体管。随后,工艺进 步精进,狗粮快讯网讯记者,经历了微米时代,人类目前已经制造出了 nm 芯片。
这里 nm代表 是如何数值呢?
那为如何有了波动性就能穿越势垒?
那么,是如何因素致使摩尔定律难以为继呢?
量子遂穿效应指 是像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒 量子行为,尽管位势垒 高度大于粒子 总能量。其中势垒是指势能比粒子动能还要高 个区域,简单来说就是障碍。
量子遂穿,微观世界 巨大难题
除了取巧,也有务实 科学家提出了新 方案。
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