一直以來(lái),在芯片領(lǐng)域,業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為未來(lái)能夠替代硅技術(shù)的當(dāng)屬碳納米管(CNT),因?yàn)閺睦碚撋蟻?lái)看,采用碳納米管的芯片可以比硅基芯片在速度和功耗上有5—10倍的優(yōu)勢(shì)。也因此,自碳納米技術(shù)問(wèn)世以來(lái),學(xué)術(shù)界從來(lái)沒(méi)有放棄對(duì)它的研究。
最近,這項(xiàng)技術(shù)又有了最新的突破。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月28日,《Nature》上發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自MIT的Gage Hills等人的研究成果,即碳納米管芯片制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展:一個(gè)完全由碳納米晶體管構(gòu)成的16位微處理器。這是迄今為止最大的碳納米管芯片。
圖片來(lái)源:MIT News
據(jù)悉,這款處理器名為RV16X-NANO,依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。它采用了14000多個(gè)碳納米場(chǎng)效應(yīng)管(CNFET),基于RISC-V指令集,可在16位數(shù)據(jù)和地址上運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的32位指令,可以完全替代同類型的商用處理器。
值得一提的是,RV16X-NANO最大的亮點(diǎn)在于Hills及同事對(duì)制造方法的改進(jìn),現(xiàn)在70多頁(yè)的制作工藝細(xì)節(jié)均已發(fā)表。
首先,為了以防晶體管無(wú)法正常工作,他們利用一種剝落工藝防止碳納米管聚合在一起。此外,通過(guò)細(xì)致的電路設(shè)計(jì)(減少了金屬型碳納米管而非半導(dǎo)體型碳納米管的數(shù)量,后者的存在不會(huì)影響電路的功能),他們還克服了一些和碳納米管雜質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題。這些都為未來(lái)碳納米管的商業(yè)落地提供了思路。
在測(cè)試中,RV16X-NANO成功執(zhí)行了一個(gè)程序,生成消息:“Hello, World! I am RV16XNano, made from CNTs”,這也預(yù)示著碳納米管走向商用的第一步。
世界范圍內(nèi),最早實(shí)現(xiàn)碳納米管器件制備的是IBM,其在2014年成功制備出碳納米管20nm柵長(zhǎng)器件,不過(guò),該器件性能比預(yù)期差很多。后來(lái),也有各類實(shí)驗(yàn)室號(hào)稱制備出1nm柵長(zhǎng)的碳納米管器件,但更多的只是噱頭,實(shí)際使用性能很差。2017年,北京大學(xué)的彭練矛-張志勇研究團(tuán)隊(duì)在探索5nm柵長(zhǎng)的碳納米晶體管上獲得進(jìn)展,該研究成果曾發(fā)表于《Science》雜志上。