德州儀器,把IC縮到世界最小

2005.01.01 by
數位時代
德州儀器,把IC縮到世界最小
這位三十六歲奧地利籍的工程師擁有極大的自主性,依照他獨有的直覺去設計新型單電子電晶體,因此德州儀器在微晶片的研發進度上,佔據了微步領先的優勢...

這位三十六歲奧地利籍的工程師擁有極大的自主性,依照他獨有的直覺去設計新型單電子電晶體,因此德州儀器在微晶片的研發進度上,佔據了微步領先的優勢,而這有可能改變未來數十年的半導體產業。
從很多角度來看,靠著單一電子 (a lone electron)的增減來啟動或關閉的單電子單晶體,是半導體小型化的極限,不僅可以讓幫助客戶企業生產出功能更強、體積更小的電子設備,還可以減低電源的消耗。
當一九八○年代其他企業開發這種高度敏感電子開關時,這方面的研究延宕了好一段時間,因為有些嚴重的問題無法讓它們更加耐用。同樣讓它們備受關注的地方在於單電子電晶體超強的敏銳度,特別容易被背景噪音或是附近迴路的訊號干擾,導致失靈。
但是Wasshuber和他的實驗室團隊在瑞士洛桑的機構裡,改善電子電晶體,混合了某些特別的矽製電器回路,使得這些干擾都被有效隔離。
如果這項創新的設計成功,Wasshuber表示「可以讓處理流程速度加快」,除此之外,會與標準的微處理器製程有可互換性,讓製造者可以使用一般的微晶片製造技術,而不必拋棄過去在製程上的龐大投資。而單電子電晶體可能會首先用在記憶晶片和測試電子回路的超敏感靜電計上。紐約大學的物理學家Konstantin Likharev估計,這種記憶晶片可以在一平方公分的矽晶片中儲存上兆位元的資料,資料密度大約是現在最頂尖記憶體的一百倍。
即使微電子學在未來越趨重要,但是電子電晶體可以解決以往晶片技術最嚴重的問題,當越來越多的電晶體組合在一起就變得很難散熱,數十萬的電子流過一般電晶體,導致一開一關都需要至少一伏特電量,在未來十年,晶片上會佈滿數十億的電晶體,如此算來,所需要的能量簡直可以把整條迴路給煮熟。相反來說,單電子電晶體不但溫度低,電量也只需傳統的十分之一。「未來我們將可能在晶片上植入三百億到五百億顆的電晶體,」德州儀器的矽技術發展部副總裁說Dennis Buss表示,「想要只花一伏特的電量就能讓他們運作,如果不尋求其他方法簡直不可能。」
德州儀器在一九九八年,因為看重Wasshuber在電腦模型上的專門技術而聘用他從事短期的專案工作,但這位年輕的物理學家因為自己的興趣,晚上熬夜設計了一些單電子電晶體,這是他唸研究所時從事的工作。當德州儀器的專門小組探索未來科技必要的半導體走向,選擇了單電子電晶體,Wasshuber則是非常幸運,終於能夠把興趣和工作結合。
單電子電晶體引起廣泛討論,但研究它們有一段時間的專家卻警告:不要過分狂熱!Likharev 雖然推崇Wasshuner的想法,但是要他拿出證據,證明新的設計可以在實際的電路上成功,於是接下來的挑戰就要製造以單電子電晶體為基礎的儀器。「在室溫下運作的單電子電晶體,兩條線路的間距只有一到兩奈米的大小,這正是平常一分子的大小,」美國聖母大學(Notre Dame)的電子工程師也是單電子電晶體的研究者Greg Dame強調「要在這樣的條件下控制並生產它,仍超乎現有半導體產業的能力」。
Wasshuber也同意,把電子電晶體應用到手機或是家用電腦之上,還有很多工作以及問題要解決。而對德儀來說,雖大規模投資在新晶片科技的研發有助於在2015年達到縮小傳統IC的目標,但所費資金龐大,並非今日德儀所能支應。目前,德州儀器只有不斷在注意各項新領域、新發現之際,累積它的技術專利。姑且不論Wasshuber對單電子電晶體的設計是否可行,但德州儀器支持Wasshuber的興趣,並使這個興趣成為他的工作,這項賭注在企業的研發之路上,絕對值得。

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