引:将容易出错的纳米线交叉汇编,可能会是现有硅晶电路的下一步。
半个多世纪以来,硅芯片上晶体管的数目已经从一个增加到将近10亿个──这项成就美名为“摩尔定律”。数字机器处理数字、逻辑运算,以及储存数据的能力大幅增加后,这项前所未有在制程上的成就,对我们的日常生活造成了革命性的改变,也孕育出世界上最大、最有影响力的工业。
在未来的15年内,当越来越多的晶体管挤到硅集成电路(IC)后,芯片上图案的最小长度将会缩小到接近分子的尺寸。即使是最乐观的IC拥护者也认为,得有重要的创新,才能达到硅晶体管操作的最小尺寸极限:接近10奈米的图案,或是差不多30个原子的长度。要进一步将计算器装置缩小,以维持技术上的进展,关键是要找出替代的技术。但是由于硅IC过去的纪录太过辉煌,任何在需要时可接替上的技术,在性能上必须跨过的门坎,都高到至少得花10年以上来发展。
世界各地的研究人员正在钻研几种令人期盼的替代技术。例如量子计算,这种新技术利用“诡异”的量子特性来处理信息。不过,要实现量子计算还得花上几十年的时间;即使能实现,目前也仍不清楚它在大多数的应用里能有多大用处。因此,许多研究团队正在找寻中期的替代方案,约可以在10年后商业化。在经济上要能行得通,这项技术在很多方面必须和现有的IC处理器结构相通,包括关键的制造厂房及软件平台等。
我们在惠普(HP)实验室的研究团队认为,最可能推进的途径是利用交叉杆式的架构。交叉杆是由一组平行的奈米线(宽度少于100个原子),迭放在第二组奈米在线。在这两组导线的中间,夹着一种透过电的激发即可以改变电流传导能力的材料。每个导线交叉处形成的接点便成为一个开关,可以维持在“开”或“关”的状态(见本期杂志53页〈交叉路上的开与关〉)。

交叉杆内存和测试它们的装置
交叉杆有几个优点:规则的奈米线交叉图案在制造上相当简单,特别是与微处理器的复杂结构比起来。它的数组式构造使电路可以清楚的实行缺陷许可技术(defect tolerance)。这种结构可以用各式各样的材料和制程做出来,如果想调整现有的设计,或应用到新的材料上,都有极大的弹性。还有,这种单一的几何结构可以做为内存、逻辑以及联机,应用上相当灵活。
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