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二維材料挑戰硅霸主地位,世界首臺非硅CMOS計算機誕生

來源: 責編: 時間:2025-06-13 11:30:55 130觀看
導讀在半導體科技的前沿探索中,硅材料長久以來占據著智能手機、計算機、電動汽車等電子設備核心部件的主導地位。然而,這一局面或許即將迎來改變。賓州州立大學的研究人員發布了一項突破性成果,挑戰了硅的霸主地位。研究團隊

在半導體科技的前沿探索中,硅材料長久以來占據著智能手機、計算機、電動汽車等電子設備核心部件的主導地位。然而,這一局面或許即將迎來改變。賓州州立大學的研究人員發布了一項突破性成果,挑戰了硅的霸主地位。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

研究團隊首次利用二維材料(2D materials),即厚度僅為單個原子的新型材料,成功打造出能夠執行基本運算的計算機。這些二維材料在極小的尺度下仍能保持出色的物理特性,與硅相比具有明顯優勢。這一研究成果被發表在權威科學期刊《自然》上,預示著電子產品向更輕薄、更快速、更節能的方向邁出了關鍵一步。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

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在這項研究中,研究人員沒有依賴傳統的硅材料,而是采用了二硫化鉬和二硒化鎢這兩種不同的二維材料,分別用于制造互補金屬氧化物半導體(CMOS)計算機所需的n型晶體管和p型晶體管。這兩種晶體管共同協作,是CMOS計算機功能實現的關鍵。通過這一創新,研究團隊克服了超越硅技術的重大難題。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

賓州州立大學工程學教授薩普塔爾希·達斯是該研究的負責人。他指出:“硅在電子技術發展的歷程中發揮了核心推動作用,推動了場效應晶體管的持續微型化。然而,隨著硅基設備尺寸的不斷縮小,其性能逐漸下降。相比之下,二維材料在原子尺度下仍能展現卓越的電子特性,為未來的技術發展開辟了一條極具潛力的道路。”IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

達斯進一步解釋說,CMOS技術需要n型和p型半導體協同工作,以實現高性能和低功耗。盡管之前已有研究嘗試利用二維材料制造小型電路,但將其擴展至功能完備的計算機一直是個難題。此次賓州州立大學的研究團隊成功解決了這一挑戰。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

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研究團隊利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術,成功制造出大面積的二硫化鉬和二硒化鎢薄膜,并進而制造出1000多個每種類型的晶體管。通過精心調整制造和后處理步驟,他們成功構建了功能完備的CMOS邏輯電路。這臺計算機能夠在低電壓下運行,功耗極低,并能以最高25千赫茲的頻率執行簡單邏輯運算。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

盡管其運行頻率低于傳統的硅基CMOS電路,但作為一臺單指令集計算機,它仍能完成基本的邏輯運算任務。研究團隊還開發了一種計算模型,通過實驗數據進行校準,并考慮了設備間的差異,以預測二維CMOS計算機的性能,并與最先進的硅技術進行了對比。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

達斯表示,盡管二維材料計算機的進一步發展仍需大量工作,但與硅技術的發展歷程相比,該領域的發展速度已經相當迅速。他指出,硅技術已經發展了約80年,而二維材料的研究自2010年左右才真正興起。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

“我們預計,二維材料計算機的發展將是一個逐步推進的過程,但與硅技術的發展軌跡相比,這已經是一個巨大的進步。”達斯說。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

這項研究得到了賓州州立大學二維晶體聯盟材料創新平臺(2DCC-MIP)的支持,該平臺為研究提供了必要的設施和資源。達斯還隸屬于賓州州立大學的材料研究所、二維晶體聯盟材料創新平臺以及電氣工程系和材料科學與工程系。IfY28資訊網——每日最新資訊28at.com

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