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| 下一代納米電機設備呼喚新材料 |
| 時間：2012/7/3 10:36:58 瀏覽：1766次
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根據摩爾定律，半導體芯片上集成的晶體管數量每兩年就會翻一倍，其能耗也迅速增加。而且傳統的硅電子設備在極端環境如高溫或輻射條件下，也無法保證運行。為了支持設備升級并降低能耗，研究人員一直在尋找替代技術或混合型技術，其中納米電機（NEM）交換技術正逐漸顯出光明的前景。過去10年來，科學家對開發混合型或獨立型的納米電機設備傾注了極大熱情。
最近，美國西北大學麥考密克工程學院研究了納米電機領域近10年來取得的進步，詳述了各種不成功模式以及克服這些缺點的可能方法，并對該技術的前景、當前面臨的主要挑戰進行了綜合性探討。相關論文發表在《自然·納米技術》上。
“納米電機交換器由納米結構組成，比如碳納米管或納米線，在靜電力作用下會發生機械轉向，從而連通或斷開電極。”該學院制造與企業教授奧拉西奧·埃斯賓諾薩解釋說，這種交換器可以設計得像硅晶體管那樣工作，既能單獨運行，也能制造混合型納米電機—硅設備，同時滿足超低能耗和耐高溫輻射環境的需求。
研究人員指出，納米電機行業面臨著一項長期挑戰，就是要造出百萬級的碳納米管陣列，這是進一步制造納米電機設備所必需的，而現代硅電子設備能在一塊芯片上做出數十億的晶體管。他們在論文中詳述了到目前為止生產納米陣列的多種方法，以及實現大規模生產納米電機—集成電路芯片混合型設備的途徑。
此外，要讓單獨的納米電機可靠運轉數百萬次極為困難，但這卻是消費性電子產品所必需的。“如果給納米電機設備使用普通的金屬電極，交換器啟動后轉不到10次就會停下來。”論文合著者、西北大學博士生歐文·羅說。
他表示，解決方法很簡單，只要用一種導電的、類似于鉆石的碳薄膜替換金屬電極，就能大大提高設備對轉數的承受能力。目前的轉數已超過100萬次，這一改進是推動納米電機設備進入現實的關鍵一步。這種新材料由西北大學、桑迪亞國家實驗室集成納米技術中心、阿爾貢國家實驗室納米材料中心合作研究，相關論文已發表在《先進材料》雜志上。
從大型服務器到汽車、手機，傳統的硅基集成電路得到廣泛應用，這離不開半導體工業數十年來的持續升級。埃斯賓諾薩還指出，新材料的選擇將大大提高下一代納米電機設備的堅固性和穩定性，推動電子產業規模繼續升級，為各行各業服務。無論是混合型還是獨立式，都需要來自工程、基礎科學和材料科學領域的推動力。 |
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