對英特爾來說,放棄矽不是可不可能的問題,而是遲早的問題。
晶片製造商多年來一直在遵循摩爾定律(Moore's Law)的發展路線,
但是工程師已經要完全改變產品內的基礎設計和成份,英特爾一些研究員週五在英特爾總部內的簡報上表示。
其中最大的改變就是,整個高科技產業的基礎建材,將從改進矽電晶體的晶片,演進到最後放棄矽。到了2014年,
晶片內可能是由碳奈米管(carbon nanotubes)或是碳奈米線(carbon nanowires)的電晶體所構成,
而不是現今的矽。2020年,甚至可能還要有更極端的改變。
「到了2010年,我們將很有把握,有設備可以讓我們走出CMOS。」英特爾的技術策略總監Paolo Gargini表示。
這在在都顯示出整個科技產業未來所面對的技術挑戰。從1960年一直到上個世紀結束以來,
晶片設計者一直都藉由縮小電晶體的大小,然後在晶片內擠入更多電晶體來提高效能。
縮小電晶體基本上可以縮短電流的流動距離,因此提高效能。
增加電晶體除了可提高效能,還可讓晶片設計師整合新的功能。
英特爾聯合創辦人高登摩爾(Gordon Moore)所提出的摩爾定律宣稱,
工程師大約每兩年的時間裡,就可讓矽晶片內的電晶體數加倍。
但糟糕的是,這樣的效益已經開始在減緩。從2000年開始,
晶片設計師轉到Gargini所謂的「等量擴充」(equivalent scaling)的時代,
也就是設計師部份是以縮小晶片來提高效能,部份則還要利用額外的技術。
例如,2007年時,英特爾預計開始以45奈米製程生產晶片。這種晶片將有部份和現有晶片不一樣,
因為電晶體的閘極(gate)將使用金屬取代現有的矽──幾十年來一直是「氧化閘」(gate oxide)的材料選擇。
新的氧化閘大約是二氧化矽的兩倍厚,但是實際作用卻似乎更薄,是效能更高的絕緣層。
除了提高效能之外,這種氧化閘使用了機密的材料,漏電量將更低。
「就電子的觀點來看,設計師可以區分出這種差別。」Gargini表示。
利用這種方式來改進矽,將可讓工程師開發出以22奈米製程生產的晶片,
該製程預計在2011或2012年導入。但是到了2015年,效能又需要再次的突破。
接著,設計師將進入「整合方案」時代,晶片製造商將以不同的材料,例如碳奈米管或是探奈米線來取代電晶體的閘極。
「矽還是最基本的材料。」英特爾的技術與製造事業部零件研究總監Ken David表示。然而,和許多製程一樣,
許多這種CMOS一類電晶體內部的基礎元件會有重大的不同。
新奇的奈米技術
在未來的晶片內,碳奈米管可以執行許多的功能。一些特殊的奈米管可以用在電晶體控制電流,取代矽。
此外,奈米管一些不同的特性可以取代銅導線來連接電晶體。一般而言,
一種特定的材料無法像矽一樣有半導體的特性,或是像銅一樣的金屬特性。
奈米管的屬性改變了原子的排列,雖然這全都是由碳所組成。這是一種相當新奇的技術。
這種管子還可用來當電腦的導熱材料。David質疑,電晶體內要用奈米管,
或者要用奈米線當晶片內的連接線,要到2012或2015年之後才有可能。但是要拿來當PC的冷卻器可能會更早。
奈米管和奈米線的實驗結果顯示,這種元素可以在同樣的電力下提供傳統電晶體三倍的效能。
和NEC等其他公司一樣,英特爾也在試驗各種方式,希望能夠直接將奈米管培養到矽晶圓上。
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