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作者: ynlin1996 (.) 看板: Stock
标题: [新闻] MIT团队研发最大的碳奈米管微处理器，在5
时间: Mon Sep 2 16:36:53 2019
MIT团队研发最大的碳奈米管微处理器，在5年内上市
1.原文连结：
http://bit.ly/2jWuqaw
2.原文内容：
麻省理工学院（MIT）研究团队利用碳奈米管电晶体（Carbon Nanotube Transistors；CNFET）制造出一种新型微处理器，具有硅 10 倍的能源效率和更快的运行速度，已成为下一代电脑的主要目标。并且，他们采用了与传统硅芯片的制程相同的生产方法，这给下一代电脑发展带来了关键性突破，这种微处理器被广泛认为是比传统硅同类产品更快，更环保的替代品。预计这种完全由碳奈米管制成的CNFET芯片，可能在五年内上市。
一直以来，硅电晶体以 0 与 1 计算转换的关键性微处理器元件，已经在电脑行业中存在了几十年。预测未来有一天硅电晶体将受制物理极限而无法再缩小而告终。
该款碳奈米管微处理器的论文，发表在Nature 杂志上，提供了 70 多页的详细制造方法，同时展示了一款具有超过 14,000 个CNFET的16位元微处理器，可执行与商用微处理器相同的任务。该16位元微处理器(RV16X-NANO)采用RISC-V 开源芯片架构，是具有一组微处理器可以执行的指令。该研究者Max M. Shulaker宣称是由新兴奈米技术制成的最先进的芯片，有望实现高性能和节能计算。
碳奈米管微处理器的3 大挑战
Shulaker认为这款16位元微处理器，须解决生产碳奈米管微处理器的3 大挑战：材料缺陷、制造缺陷和功能问题。
Shulaker说：由于，一小部分碳奈米管是金属性的，这将减缓或阻止电晶体的开关。为解决这些问题，一个先进的电路可能需要纯度约99.999999%的碳奈米管。因此，研究人员提出了一种名为 DREAM （designing resiliency against metallic CNTs，设计抗金属性的碳奈米管）的技术，这个方法可以让碳奈米管的金属性不会干扰到计算。必须在过程中，将严格的纯度要求降低了约 4 个数量级，即缩小了 10,000 倍，这意味着他们只需要纯度达到 99.99% 左右的碳奈米管，而这是目前可以制备出来的。
设计电路通常需要一个由连接到电晶体上的不同逻辑门组成的库，这些逻辑门可以组合在一起，就像字母组合在一起拼出单词一样来创建加法器和乘法器。研究人员发现，金属性的碳奈米管对这些门的不同组合的影响是不同的。例如，A 门中的一个金属性碳奈米管可能会破坏 A 和 B 之间的连接，但 B 门中的几个金属性碳奈米管可能不会影响 A 和 B 之间的任何连接。
于是，芯片设计时许多方法在电路上使用代码。研究人员进行了模拟，以探索如何使所有不同门的组合都是稳定可靠的，且对于所有金属性的碳奈米管都是相反的。然后，他们定制了一个芯片设计程式，自动地寻找最不受金属性碳奈米管影响的组合。在设计新芯片时，程式只利用稳定可靠的组合，同时忽略了那些不稳定的组合方式。
找到制程过程去角质的关键方法
CNFET制造的第一步，就是将碳奈米管在溶液中沉积到具有预先设计好电晶体结构的晶圆上。然而，这过程中有些碳奈米管会随机粘在一起，形成像意大利面串成一大束小球一样，在芯片上形成了大颗粒污染物。
为了清除污染物，研究人员发明了RINSE 技术（removal of incubated nanotubes through selective exfoliation，通过选择性去角质的方法去除培养中的奈米管）。他们用一种促进碳奈米管粘合的试剂对晶圆片进行预处理。然后，在晶圆表面涂上某种聚合物，并浸入一种特殊的溶剂中。这样可以将聚合物冲走，而且聚合物只能带走大的碳束，单个碳奈米管仍会粘附在芯片上。与其他类似的方法相比，该技术可使芯片上的颗粒密度降低约250倍。
最后，研究人员解决了CNFET常见的功能问题。二进制计算需要两种类型的电晶体：N型电晶体用 1 bit 打开，而 P 型电晶体则相反用 0 bit 关闭。一直以来，用碳奈米管制造这两种类型的电晶体是一项挑战，因为通常会产生性能各不相同的电晶体。为了解决该问题，研究人员开发出一种叫MIXED（metal interface engineering crossed with electrostatic doping，金属接口工程与静电掺杂交叉）的技术，它能精确地调整电晶体的功能和进行优化。
在这项技术中，他们把某些金属（铂或钛）附着在每个电晶体上，这样就可以将电晶体固定为 P 型或者 N 型。然后，他们通过原子层沉积将 CNFET 覆蓋到一种氧化的化合物上，从而使他们能够调整电晶体的特性，以满足针对不同应用程式而产生的特定要求。例如，服务器通常需要运行速度快、耗电多的电晶体；而可穿戴装置和医疗植入物可能需要运行较慢、功率较低的电晶体。
麻省理工学院的研究团队表示，该制造技术现在已与一家硅芯片代工厂进行合作，预计在五年内可上市。
3.心得/评论：
碳奈米管电晶体效能相较于传统硅材料，能源效率和运作速度的表现上高出10倍左右，是高效且环保的替代品，彻底改革过去制造芯片的方式。