量子電子器件及納米電子學(xué)的發(fā)展
發(fā)布時(shí)間:2014-07-30 09:18
數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用,筆耕論文新浪博客,更好地滿足了人們對(duì)信息的需求;而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息,使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同,它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性,它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè),改變著人類的生產(chǎn)和生活方式,改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)。可以毫不夸張地說(shuō),沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步,就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展,微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。
(1)量子電子器件(QED—Quantum Electron Device)這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。
它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng),由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用,一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱,則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高;由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低;由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間,所以速度很快;且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問(wèn)題是制造比較困難,特別是制造大量的一致性器件很困難;對(duì)環(huán)境高度敏感,可靠性難以保證;在室溫工作時(shí)要求電容極。αF),要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來(lái)了很大困難。
。2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列(QCA—Quantum-dot Cellular Automata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。
量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成,至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無(wú)線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快,功耗低,集成密度高。但難以制造,且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏,0.05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng),可支持高密度電流,而熱導(dǎo)性能類似于金剛石,能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散,性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體,特別是它有三種可能的雜交態(tài),而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管(CNT)成為當(dāng)前科研熱點(diǎn),從1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái),現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn),北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0.33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問(wèn)題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件,更難以集成。
目前“bottom up”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scaling down”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來(lái)突破性的進(jìn)展。QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做,有待突破,離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日!但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域,我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。
50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史,實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過(guò)程,這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí),每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域,帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng),對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新,才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始,與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文,所以有人認(rèn)為,1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代(silicon age)〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新,沒有創(chuàng)新,社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來(lái)“創(chuàng)造性的破壞”,但經(jīng)過(guò)這種破壞后,又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán),社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
本文編號(hào):6433
(1)量子電子器件(QED—Quantum Electron Device)這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。
它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng),由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用,一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱,則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高;由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低;由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間,所以速度很快;且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問(wèn)題是制造比較困難,特別是制造大量的一致性器件很困難;對(duì)環(huán)境高度敏感,可靠性難以保證;在室溫工作時(shí)要求電容極。αF),要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來(lái)了很大困難。
。2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列(QCA—Quantum-dot Cellular Automata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。
量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成,至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無(wú)線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快,功耗低,集成密度高。但難以制造,且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏,0.05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng),可支持高密度電流,而熱導(dǎo)性能類似于金剛石,能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散,性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體,特別是它有三種可能的雜交態(tài),而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管(CNT)成為當(dāng)前科研熱點(diǎn),從1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái),現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn),北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0.33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問(wèn)題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件,更難以集成。
目前“bottom up”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scaling down”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來(lái)突破性的進(jìn)展。QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做,有待突破,離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日!但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域,我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。
50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史,實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過(guò)程,這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí),每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域,帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng),對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新,才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始,與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文,所以有人認(rèn)為,1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代(silicon age)〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新,沒有創(chuàng)新,社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來(lái)“創(chuàng)造性的破壞”,但經(jīng)過(guò)這種破壞后,又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán),社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。
本文編號(hào):6433
本文鏈接:http://www.lk138.cn/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/6433.html
最近更新
教材專著