新技术将计算机芯片缺陷变为优势

2010-12-14 10:32 来源: 中国科学院
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  美国俄亥俄州立大学物理学家在最新一期《科学》杂志上报告称,他们开发出一种技术,可通过重新排列半导体中的原子空穴,来调节掺杂其中的杂质属性。尽管该技术目前只在实验室中获得成功,但研究人员认为,其对于未来的工业发展具有重大价值,随着手机和计算机芯片的持续小型化,半导体中单个原子的行为表现将日显重要。

  研究小组对半导体中杂质原子的属性如何受到周围其他原子排列的影响进行了研究。小组负责人、俄亥俄州立大学物理系助教杰·加普特解释说,他们利用隧道扫描显微镜的电场来推动原子,对掺杂了锰的砷化镓半导体材料中的空穴(通常被认为是缺陷)进行重新排列,比如,将一个砷原子轻轻推到邻近的空穴上,该砷原子原来所处的位置便会留下一个新的空穴,这个新空穴有自己的电场。研究小组发现,在这个电场的作用下,杂质锰原子的能级会发生改变,空穴距离靠近,锰原子的能级就会降低,反之则会增高。

  掺加杂质能够降低半导体的电阻,提高其导电性能,而杂质的能级则是起决定作用的关键参数。加普特说:“杂质贡献一个电子或者获得一个电子的能力取决于其结合能,通过在锰周围制造空穴,我们调整了它的结合能。”

  虽然芯片制造商还不可能马上就将隧道扫描显微镜纳入其生产线,但加普特认为,他们能够更实际地利用这一新发现,那就是对位于芯片表面的金属电极施加一个微小的电场。

  该技术应该对生产商具有一定的吸引力,因为其不仅短期内可以提高现有的芯片技术,从长远来看,也有助于开发新的芯片设计。目前,单个芯片中包含了数十个对芯片性能至关重要的杂质原子,随着芯片不断小型化,每个原子的表现所起到的决定性作用也逐渐加大,这种能够控制单个杂质原子新技术的重要性不言而喻。

  尽管技术还有待发展,但将来计算机的逻辑控制系统和内存可望被集成在一张芯片上,使用这种芯片的计算机从理论上来说不仅更节能,而且永远不需要重启。