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二維材料將給電池、芯片等帶來革命性變化

發(fā)布時間:2017-04-24 來源: 環(huán)球塑化網(wǎng) 專題: 材料研發(fā) 打印

環(huán)球塑化網(wǎng) www.PVC123.com 訊:

   研究人員用類似于石墨烯的二維材料制造出微處理器,有些人認為,這種神奇的彈性導電材料可能會給電池、傳感器、芯片設(shè)計帶來革命性的變化。

  處理器只有115個晶體管,從測試標準上看它并沒有什么驚人的,不過維也納科技大學的研究人員在報告中表示,這是第一步,標志著我們朝著2D半導體微處理器前進了第一步。

  二維材料有一個優(yōu)點:非常靈活,也就是說它可以輕易放進可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)傳感器,而且還不容易損壞。比如我們?nèi)绻袅耸謾C,手機會彎曲,而不是破碎。

  其實,現(xiàn)在的半導體和屏幕已經(jīng)相當薄了,不過它們依賴材料的三維物理特性。如果將硅圓晶彎曲,它就會破裂。維也納科技大學使用石墨烯等2D材料或者過渡金屬硫族化合物,它們是真正的二維材料,是用晶體制造的,只有一層原子或者分子的厚度,所以可以彎曲。

  過渡金屬硫族化合物是一種混合物,包含了過渡金屬,比如鉬、鎢和硫族元素。和石墨烯一樣,過渡金屬硫族化合物形成層,不過它和石墨烯不同,化合物能夠像金屬一樣導電,它們屬于半導體,這種特性對于柔性芯片設(shè)計師來說是一個好消息。

  研究人員用二硫化鉬制造微處理器。他們在硅基片上放置2個層,層的厚度與分子差不多,上面刻有電路設(shè)計,然后用氧化鋁層分開。報告稱:“基片只是作為介質(zhì)載體存在的,沒有其它功能,所以可以用玻璃或者其它材料替代,包括柔性基片。”

  最近推出的英特爾芯片都采用了64位技術(shù),它可以理解成百上千條不同的指令,具體是多少要看你是怎樣計算的,它包括了幾億個晶體管。

  維也納科技大學開發(fā)的微處理器一次只能處理1位數(shù)據(jù),只能理解4種指令(NOP、LDA、AND、OR),電路寬2微米,比最新的英特爾處理器和ARM處理器寬了100倍。

  研究人員說,如果繼續(xù)開發(fā),可以讓微處理器變得更復雜,同時縮小尺寸。在制造時,研究人員刻意選擇了大尺寸,這樣二硫化鉬薄膜不容易穿洞、破裂或者污染,用光學顯微鏡檢查結(jié)果時也會更容易一些。

  報告稱:“我們認為,將1位變成多位數(shù)據(jù)沒有任何障礙。”唯一的挑戰(zhàn)在于降低瞬變電阻,用亞微米工藝制造面臨這樣的挑戰(zhàn)。

  并不是說制造就很容易。雖然制造子單位的良率很高,大約80%的算術(shù)邏輯運算單元都可以正常運行,但是因為它采用的是無故障容錯設(shè)計,所以只有很少的一部分成品設(shè)備可以正常使用。

  為了解決良率問題,商務(wù)微處理器制造商引進了芯片設(shè)計模塊,用不同的速度測試。芯片的運行速度越高成本也越高,錯誤的子組件可以永久禁用,這種芯片同樣可以出售,只是性能沒有那么強。

  英特爾從4004芯片(4位中央處理器,46條指令)發(fā)展到最新的x86 Kaby Lake用了整整46年,一路上整個產(chǎn)業(yè)都在不斷了解微制造技術(shù),相比而言柔性半導體研究的進步速度還是算快的。

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