黑科技？雷射使電子設備不再依賴半導體材料！

版權聲明：本文來自於《鳳凰網科技》《財經智庫》，如您覺得不合適，請與我們聯繫，謝謝。

據外媒報導，美國加州大學聖地亞哥分校科學家開發了一種新型微電子設備，未來PC中由半導體材料製造的處理器可能被取而代之。

加州大學聖地亞哥分校新型電子設備原理圖

這一新技術還處於早期的開發階段，但它牽涉一些有趣的研究和頗具科幻色彩的概念。

加州大學聖地亞哥分校工程師開發了一種由光控制的微電子設備，其中包含由金納米管構成的超穎表面。

受到雷射照射後，超穎表面能產生高強度電場。

這種不採用半導體材料的新型微電子設備，有朝一日將解決現代微處理器所面臨的一個難題。

處理器依靠電子遷移正常運行，問題是，這些電子會不斷與原子碰撞，其中許多電子可能遷移不到它們的目的地——在處理器運行過程中，許多電子損耗了。

這種新型微電子設備通過「模仿」老式真空管——當然是在微尺度上，嘗試解決這一問題。

設備中的蘑菇形狀納米管，在矽晶圓上形成超穎表面，兩者用二氧化矽層隔開。

當施加低直流電壓、照射低能量紅外雷射時，這一結構就能夠產生高強度電場，使電子能「自由」遷移。

這種試驗性技術能一次性使更多電子受到控制，受到更少干擾，這意味著採用這一技術製造的處理器性能將超過當前基於半導體材料的處理器。

這一技術被應用在智慧型手機中還需要相當長一段時間，但它是解決現代電子設備面臨的一個幾乎無解問題的有趣概念和途徑。

下一代半導體材料的可能選擇

老實說，我不是否定美國科學家的創新能力，但就目前來說，這種新技術想實現是比較難的，為了延續摩爾定律，我們必須要追求下一代的半導體材料。

我們來看一下現在有哪些選擇。

傳統的半導體最常使用的原料就是矽。

包括今天知名的矽谷，最初得此名，就是因為上個世紀70，80時代，當地集中了一批半導體公司。

矽，這種材料按照現有的工藝，在設計上會本身就帶有限制，被看作是半導體發展的核心阻礙之一。

換句話說，開發新材料，以及新的製作工藝成為了行業競爭的核心。

IBM在去年中宣布，未來5年，將投入30億美元進行半導體的開發，其中有一個重要的內容就是尋求矽以外的半導體材料，比如石墨烯，和碳納米管。

特別是碳納米管，被看作是取代矽的熱門候選人。

早在1997年，IBM和荷蘭的Delft大學就開發過首個碳納米管的電晶體。

到2013年，斯坦福的實驗室里，還通過碳納米管製作了電腦。

矽，在發展更小半導體組成電晶體的最大阻力是，體積越小，消耗的能量就越大，產熱極大。

通過碳納米管組成的電晶體，同等條件下，只需要1／3的能源。

同時也被證明是可以大規模生產的，但真正走出實驗室可能還要10到15年的時間。

另一個被看好的材料就是鍺，1947年誕生的第一個電晶體就是用鍺製造。

但是當時因為工藝的問題，矽成為了更加主流的半導體生產材料。

而隨著摩爾定律逐漸開始實效，技術開發人員再次把目光放在了鍺的身上。

過去技術上，存在的鍺生產的電晶體，難以集成的問題開始被解決。

全年年底，在舊金山舉行的國際電子產品大會上，普渡大學的研究人員還展現了用鍺製造的電路，並認為只要幾年時間就可以進入大規模生產。

斯坦福的教授KrishnaSaraswat曾經發表論文，認為同等條件下，鍺為原料的電晶體是矽為原料的電晶體效能的兩到三倍。

而且因為是單一材料，對於整個行業，可能更容易普及。

初次之外，鑽石也進入了一些科學家的視野。

這種被稱作「女人最好的朋友」的美麗石頭，因為具有與眾不同的導電性，而被看作可以改變電子產品發展的重要材料。

我們之前說過，矽，在半導體發展上，處理散熱和耗能是發展的大的阻礙。

而鑽石具有極高的耐熱性，而散熱能力更是矽的22倍，這成了它最有競爭里的閃光點。

同時在技術表現上，也有很多優勢，當然不可忽視的是，成本可能是最大的挑戰。

當然鑽石已經不需要依靠天然的生成，而在實驗室里進行培養，但是依然不是廉價品。

不過已經有像AKHANSemiconductor這樣的新興公司投入這類技術的開發。

當然也不是所有人都在拋棄矽，技術上的革新，也是開發人員尋求突破的方向之一。

比如說大公司IBM的晶片開發計劃的內容，除了包含了對新材料的探索，也在探索如何挑戰常用的工藝，降低耗能，提高效率。

一個就是使用單層原子的矽片，這可以大大減少半導體材料的厚度。

不過問題在於其穩定性，德克薩斯大學奧斯丁分校的研究人員現在使用鍍銀和鋁的方式來防止單層原子矽片和空氣接觸，在進入大規模生產前可能還要面對很多挑戰。

另外在實際應用上，為了提高效率，開始有人嘗試鐵電技術的使用，生產出的記憶存儲可以突顯低耗能，高效率等特點。

相比於傳統半導體存儲器的動態隨機存取存儲器（DRAM），期待會有表現上會有大的飛躍。

如德州儀器這樣的大型公司從2010年就開始了這方面的開發。

另外一個創新企業Alacrity，它的創始人，耶魯大學教授TP Ma多年來致力於鐵電應用的研究，並具有這方面的專利。

他告訴筆者，近年來材料技術上的突破，讓自己的研究成果能夠應用到大規模生產上變成可能。

更因為它們將還是依賴於矽，而已成本上比其他的替代材料，來得要便宜。

他們會在今年5月，生產出第一批的模型。

並期待用出讓專利權的方式，推進他們技術在行業中的發展。

半導體行業面對的新挑戰，也帶來了整個行業創新企業的春天。

很長一段時間，半導體行業沒有出現讓人興奮的新名字。

但是近幾年，除了出現剛才提到的Alacrity，AKHAN Semiconductor，還湧現了很多其他半導體行業的創新企業，比如Brain Corp., Adesto Technologies等，他們也被看作是帶來行業轉機的希望，很多大型科技公司都是他們的投資人。

這個行業創業氣息改變還有一個證據，就是有了專門培養半導體創新企業的孵化器，如SiliconCatalyst。

讓很長時間，被創新忘記的半導體行業，再次迸發出革新的聲音。

當然，到底什麼會成為未來行業的主流，還不得而知，但是成本，效率和操作性，三大因素，一定還將是決定性的。

【關於轉載】：轉載僅限全文轉載並完整保留文章標題及內容，不得刪改、添加內容繞開原創保護，且文章開頭必須註明：轉自「半導體行業觀察icbank」微信公眾號。

謝謝合作！

【關於投稿】：歡迎半導體精英投稿，一經錄用將署名刊登，紅包重謝！來稿郵件請在標題標明「投稿」，並在稿件中註明姓名、電話、單位和職務。

歡迎添加我的個人微信號MooreRen001或發郵件到 [email protected]

點擊閱讀原文加入摩爾精英