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第五百一十七章 能同时完美兼容碳基芯片与量子芯片的逆天材料!

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1nm是什么概念?用对比就很清晰了,一个硅原子才0.384nm。1nm都没有三个硅原子合在一起大,也就是说,1nm芯片晶体管结构中栅极的线宽,仅够两个硅原子并列,三个都挤不下。

从当前的理论来看,1nm芯片已是硅基芯片的理论极限了,因为到了这个制程工艺,量子隧穿的效应将无法避免,简单来说,就是电子会从一个晶体管无法控制地跑向另一个晶体管,使得晶体管的“0”和“1”状态混乱起来,导致该晶体管失效,芯片也就自然无法正常工作。

其实在7nm制程时,量子隧穿效应已有一定机率出现了,只是通过特殊的新结构来解决罢了,但这样的结果就功耗加大,芯片发热量增加。

而且这样的新结构到了1nm时,因为量子隧穿效应的发生率太高而失效,能耗与发热量都超过了可以接受的范围。

当然,理论是不断地进化的,据说ibm与三星在不久前就声称研究出了所谓的“vtfet技术”,即“垂直传输场应晶体管技术”,以垂直方式堆叠晶体管,让芯片的电流以垂直的方式进行流通,以此减少量子隧穿效应,进而将硅基芯片的制艺推进到1nm以内。

然而这更像是拿着不完善的实验室数据来吹嘘,提前吸引市场关注、提振股价,距离实验室出成果还有遥远的距离。

正因为目前最成熟的硅基芯片都无法解决1nm芯片的量子隧穿效应,秦克对这份s级知识充满了兴奋,他很想看看系统的知识里,是如何解决这个量子层面的难题。

而这篇《一种适用于1nm芯片的全新型碳晶复合纳米材料制作全流程》里提及到的碳晶复合纳米材料,确实也给了他非常大的惊喜。

虽然没法子全部看明白,但七成左右的内容秦克还是能弄懂的,关键的技术细节部分不懂也能能猜个大概。

他越看越是精神振奋。

系统这份s级知识的核心是“碳晶复合纳米材料”,这是碳基路线的新型材料。

碳基芯片并不是什么新概念,各国都加大力度来研究这个新方向,它的代表就是石墨烯芯片。

当科学家们发现硅基芯片已几乎将“摩尔定律”折腾到失效了,就开始从芯片材料上着手,尝试寻找替代硅基材料的新型材料,目前主流的就是碳基材料,已有了不少的研究成果。

最出名的是基于碳的n型半导体、p型半导体,以及碳纳米管场效应晶体管。

夏国在这方面弯道超车,走在世界的前列。秦克在年初时从《物理学报》看到的那篇由姚文城、方世骥写的《基于冷源晶体管物理机制的亚60器件模拟研究》,里面提及到的就是“迪拉克冷源晶体管”也是属于碳纳米管场效应晶体管材料之一。

但包括夏国在内,这些碳基材料技术大多数并不成熟,只能停留在实验室阶段。一来是至今未能完全解决二维材料的高阻、低电流问题,二来是它的工业化生产比硅基芯片难很多。

众所周知,碳纳米管需要对碳原子进行提纯,但碳比较活泼,对它的提纯难度很大,目前能工业化生产的碳纳米管最大提纯度只有99.99%,而想要碳基芯片性能稳定,纯度必须保证在99.9999%以上。这意味着市场根本就无法提供能制作芯片的合格碳纳米管。

碳基芯片制作的难点还有元件的组装问题,即在晶圆上均匀摆放碳纳米管,但精确定位和连接碳纳米管非常困难,目前技术远远无法突破。

而这份s级知识里的碳晶复合纳米材料,是以石墨烯加上镓、铟、铋、锗、钼、铪、钯、钪、钇等十三种金属元素及其氧化物,组成了三维立体的全新型碳纳米管材料,因为形状像结晶,称之为“碳晶复合纳米材料”。

它完美地解决了上述两个问题。

首先因为特殊的结构特点,使得游离的碳原子特别少,制造出来碳晶复合纳米材料本身的纯度就能达到9个9,远远超过碳基芯片性能稳定要求的99.9999%,不需要二次提纯。

而且酷似结晶的完美三维立体结构,里面包含了十三种金属及其氧化物组成的漏极、源极、接触电极、绝缘材料,能够大幅降低电阻和提高电流,还能够有效减少量子隧穿效应的影响。

元件的组装问题同样很好解决,特殊的三维结构使得它可以轻松的相互吸收,整齐排列为完美的直线,可以轻松制造出超过12英寸的大尺度晶圆片。

但光是这些优点,“碳晶复合纳米材料”还称不上“s级知识”。

“碳晶复合纳米材料”最大的优点是,它能实现电荷量子比特的普适量子逻辑门操控,即它能用于量子芯片的制造。

“碳晶复合纳米材料”本身的三维特殊结构,使得它组成晶圆并蚀刻了特定的电路后,通过激光激发,就能使“碳晶复合纳米材料”的两端“仓库”能同时存储出现纠缠的量子信息及对应的逻辑门,也就是“是”、“非”和“是或非”三种逻辑状态。

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