本報(bào)訊 根據(jù)摩爾定律，半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管數(shù)量每?jī)赡昃蜁?huì)翻一倍，其能耗也迅速增加。而且傳統(tǒng)的硅電子設(shè)備在極端環(huán)境如高溫或輻射條件下，也無(wú)法保證運(yùn)行。為了支持設(shè)備升級(jí)并降低能耗，研究人員一直在尋找替代技術(shù)或混合型技術(shù)，其中納米電機(jī)（NEM）交換技術(shù)正逐漸顯出光明的前景。過(guò)去10年來(lái)，科學(xué)家對(duì)開(kāi)發(fā)混合型或獨(dú)立型的納米電機(jī)設(shè)備傾注了極大熱情。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，最近，美國(guó)西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院研究了納米電機(jī)領(lǐng)域近10年來(lái)取得的進(jìn)步，詳述了各種不成功模式以及克服這些缺點(diǎn)的可能方法，并對(duì)該技術(shù)的前景、當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行了綜合性探討。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。
“納米電機(jī)交換器由納米結(jié)構(gòu)組成，比如碳納米管或納米線，在靜電力作用下會(huì)發(fā)生機(jī)械轉(zhuǎn)向，從而連通或斷開(kāi)電極�！痹搶W(xué)院制造與企業(yè)教授奧拉西奧·埃斯賓諾薩解釋說(shuō)，這種交換器可以設(shè)計(jì)得像硅晶體管那樣工作，既能單獨(dú)運(yùn)行，也能制造混合型納米電機(jī)—硅設(shè)備，同時(shí)滿足超低能耗和耐高溫輻射環(huán)境的需求。
研究人員指出，納米電機(jī)行業(yè)面臨著一項(xiàng)長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，就是要造出百萬(wàn)級(jí)的碳納米管陣列，這是進(jìn)一步制造納米電機(jī)設(shè)備所必需的，而現(xiàn)代硅電子設(shè)備能在一塊芯片上做出數(shù)十億的晶體管。他們?cè)谡撐闹性斒隽说侥壳盀橹股a(chǎn)納米陣列的多種方法，以及實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)納米電機(jī)—集成電路芯片混合型設(shè)備的途徑。
此外，要讓單獨(dú)的納米電機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)百萬(wàn)次極為困難，但這卻是消費(fèi)性電子產(chǎn)品所必需的�！叭绻o納米電機(jī)設(shè)備使用普通的金屬電極，交換器啟動(dòng)后轉(zhuǎn)不到10次就會(huì)停下來(lái)�！闭撐暮现�、西北大學(xué)博士生歐文·羅說(shuō)。
他表示，解決方法很簡(jiǎn)單，只要用一種導(dǎo)電的、類似于鉆石的碳薄膜替換金屬電極，就能大大提高設(shè)備對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)的承受能力。目前的轉(zhuǎn)數(shù)已超過(guò)100萬(wàn)次，這一改進(jìn)是推動(dòng)納米電機(jī)設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵一步。這種新材料由西北大學(xué)、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室集成納米技術(shù)中心、阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米材料中心合作研究，相關(guān)論文已發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
從大型服務(wù)器到汽車、手機(jī)，傳統(tǒng)的硅基集成電路得到廣泛應(yīng)用，這離不開(kāi)半導(dǎo)體工業(yè)數(shù)十年來(lái)的持續(xù)升級(jí)。埃斯賓諾薩還指出，新材料的選擇將大大提高下一代納米電機(jī)設(shè)備的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性，推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模繼續(xù)升級(jí)，為各行各業(yè)服務(wù)。無(wú)論是混合型還是獨(dú)立式，都需要來(lái)自工程、基礎(chǔ)科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的推動(dòng)力。