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        工程師提高了縮小晶體管的繼任者的潛力
        
			
        
				2019-07-01 14:57:23
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        幾十年來，計算機和類似的電子設(shè)備變得越來越快，因為計算機芯片制造商已經(jīng)學(xué)會了如何縮小單個晶體管，即傳輸數(shù)字信息的微型電子開關(guān)。
        

        工程師提高了縮小晶體管的繼任者的潛力
        

        科學(xué)家們對最小晶體管的追求使得更多的晶體管能夠被封裝在每個芯片上。但是這種競爭的底線幾乎已經(jīng)結(jié)束：研究人員正在快速接近晶體管尺寸的物理最小值，最近的模型下降到大約10納米 - 或者只有30個原子寬。
        

        德克薩斯大學(xué)達拉斯分校的材料科學(xué)與工程教授Kyeongjae Cho博士說：“ 電子設(shè)備的處理能力來自數(shù)億個或數(shù)十億個在單個計算機芯片上互連的晶體管。” “但我們正在迅速接近規(guī)模的下限。”
        

        為了擴大對更快處理速度的追求，微電子行業(yè)正在尋找替代技術(shù)。Cho的研究發(fā)表在4月30日的“ 自然通訊 ”雜志上，可能會通過擴大晶體管的詞匯量來提供解決方案。
        

        傳統(tǒng)的晶體管只能傳達兩個信息值：作為開關(guān)，晶體管可以開啟或關(guān)閉，轉(zhuǎn)換為二進制語言的1和0。
        

        在不增加更多晶體管的情況下增加處理能力的一種方法是通過在二進制器件的導(dǎo)通和截止狀態(tài)之間引入中間狀態(tài)來增加每個晶體管傳達的信息量?；谠撛淼乃^的多值邏輯晶體管將允許在單個器件中處理更多操作和更大量的信息。
        

        “多值邏輯晶體管的概念并不新鮮，并且已經(jīng)有很多嘗試制造這種器件，”Cho說。“我們已經(jīng)做到了。”
        

        通過理論，設(shè)計和模擬，UT達拉斯的Cho團隊開發(fā)了基于氧化鋅的多值邏輯晶體管的基本物理學(xué)。他們在韓國的合作者成功地制作并評估了原型設(shè)備的性能。
        

        Cho表示，新的研究意義重大，不僅因為該技術(shù)與現(xiàn)有的計算機芯片配置兼容，而且還因為它可以彌合當今計算機和量子計算機之間的差距，這是計算能力的潛在下一個里程碑。
        

        雖然傳統(tǒng)的計算機使用1和0的精確值來進行計算，但量子計算機的基本邏輯單元更具流動性，其值可以同時或在其間的任何位置以1和0的組合存在。雖然它們尚未商業(yè)化，但理論上大規(guī)模量子計算機能夠以比現(xiàn)有計算機更快的速度存儲更多信息和解決某些問題。
        

        “采用多級邏輯的設(shè)備將比傳統(tǒng)計算機更快，因為它不僅僅是二進制邏輯單元。對于量子單位，你有連續(xù)的值，”Cho說。
        

        “晶體管是一種非常成熟的技術(shù)，量子計算機遠未實現(xiàn)商業(yè)化，”他繼續(xù)說道。“存在巨大的差距。那么我們?nèi)绾螐囊粋€移動到另一個?我們需要某種進化途徑，二元和無限自由度之間的橋接技術(shù)。我們的工作仍然基于現(xiàn)有的設(shè)備技術(shù)，所以它是不像量子計算那樣具有革命性，但它正朝著這個方向發(fā)展。“
        

        Cho和他的同事開發(fā)的技術(shù)采用了兩種形式的氧化鋅結(jié)合形成復(fù)合納米層的新型結(jié)構(gòu)，然后在超晶格中與其他材料層結(jié)合。
        

        研究人員發(fā)現(xiàn)，通過將氧化鋅晶體(稱為量子點)嵌入無定形氧化鋅中，他們可以實現(xiàn)多值邏輯所需的物理學(xué)。包含無定形固體的原子不像它們在結(jié)晶固體中那樣嚴格有序。
        

        “通過設(shè)計這種材料，我們發(fā)現(xiàn)我們可以創(chuàng)建一種能夠?qū)崿F(xiàn)這種多級邏輯行為的新電子結(jié)構(gòu)，”曾申請專利的Cho表示。“氧化鋅是一種眾所周知的材料，往往會形成結(jié)晶固體和無定形固體，因此它是一個明顯的選擇，但它可能不是最好的材料。我們的下一步將看看這種行為是如何普遍的在我們嘗試優(yōu)化技術(shù)的其他材料中。
        

        “展望未來，我也希望看到我們?nèi)绾螌⑦@項技術(shù)與量子器件相結(jié)合。”
        
			

			
          
        
			
        
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