麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員在制造碳納米管處理器方面找到了解決頭痛的新方法。

　　麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)公布了迄今為止世界上最先進(jìn)的由碳納米管制成的芯片。該新型微處理器能夠兼容當(dāng)前的軟件程序，在尋找硅替代品的道路上可能是一個(gè)重要里程碑。

　　電子工業(yè)正艱難應(yīng)對摩爾定律的放緩。摩爾定律認(rèn)為，一個(gè)硅處理器上可封裝的晶體管數(shù)量大約每隔幾年就會(huì)翻一番。這一趨勢正面臨著它的物理極限:隨著設(shè)備的尺寸縮小到幾個(gè)原子，電流開始從穿梭于晶體管之間的金屬通道中泄漏出來。釋放出來的熱量會(huì)降低半導(dǎo)體的能量效率，甚至可能導(dǎo)致它們失效。

　　碳納米管可能是完美的解決方案。納米晶體管的速度不僅比硅晶體管快，研究還發(fā)現(xiàn)，由納米管制成的芯片的能效可高達(dá)硅晶體管的10倍。這種效率的提高可以顯著延長電子產(chǎn)品的電池壽命。

　　幾十年來，研究人員一直在研究硅晶體管的替代者，但制造上的難題讓這些處理器一直困在研究實(shí)驗(yàn)室里。麻省理工學(xué)院研究小組在《自然》雜志上發(fā)表的論文中表示，他們已經(jīng)找到了一些方法來克服大規(guī)模生產(chǎn)的最大障礙。

　　問題

　　第一個(gè)問題：當(dāng)碳納米管被制造出來的時(shí)候，它們是兩種類型混合在一起的產(chǎn)物。第一種是半導(dǎo)體，非常適合制造集成電路，但是第二種像導(dǎo)線一樣傳導(dǎo)電流，這會(huì)消耗更多的能量，甚至?xí)�破壞電路的性能。為了使芯片具有�?jīng)濟(jì)可行性，需要一種成本效益高的方法來盡量減少后者的影響。

　　另一個(gè)問題是：為了制造這種芯片，需要在晶片上沉積一層均勻的單分子碳納米管。但事實(shí)證明這很難做到，因?yàn)榧{米管有一種很討厭的聚集趨勢。只要它們中的一束落在晶體管上就能使晶體管停止工作。

　　這些挑戰(zhàn)引起了麻省理工學(xué)院教授Max Shulaker的興趣，并從美國國防高級項(xiàng)目研究局獲得了開發(fā)納米管技術(shù)的資金。

　　他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種16位微處理器，這種微處理器由14000多個(gè)碳納米晶體管組成，Shulaker稱這是迄今為止展示過的最復(fù)雜的微處理器。并且該技術(shù)可以用制造傳統(tǒng)硅芯片的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，這意味著如果芯片制造商想要制造納米管處理器，就不必再投資昂貴的新設(shè)備。

　　當(dāng)他們研究碳納米晶體管的混合問題時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，某些邏輯門是數(shù)字電路的基本組成部分，它們比其他類型的納米管更能抵抗金屬類納米管引發(fā)的問題。這促使他們開發(fā)了一種新的電路設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮這些門，同時(shí)盡量減少使用更敏感的金屬門。

　　為了解決捆綁問題，他們在晶片上涂上一層聚合物，然后分階段仔細(xì)清洗。這將納米管團(tuán)塊剝離，并留下了要使芯片工作效率最高所需的單層。

　　前方的路

　　麻省理工學(xué)院的研究人員使用這些技術(shù)制造的芯片能夠運(yùn)行一個(gè)簡單的程序，產(chǎn)生“Hello，World”的信息。但如果它們要取代硅處理器，碳納米管芯片最終將需要數(shù)十億個(gè)晶體管，才能運(yùn)行當(dāng)前先進(jìn)的軟件。

　　IBM幾年前曾表示，希望到2020年碳納米管芯片能夠取代硅納米管芯片。目前，該公司也在研究與這項(xiàng)技術(shù)有關(guān)的項(xiàng)目。但到目前為止，這些努力都未能找到將實(shí)驗(yàn)室的研究突破轉(zhuǎn)化為實(shí)際制造的方法。但新的進(jìn)展使實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的道路更加清晰。