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發(fā)明硅和鍺發(fā)光合金!制造光子芯片,將給計算機(jī)帶來革命性變化!

摘要:如果計算機(jī)使用光子而不是電子來傳輸數(shù)據(jù),它們的性能會更好,耗電量也會更少。科學(xué)家們目前正在研究一種新的硅和鍺發(fā)光合金,以獲得光子芯片,這將給計算機(jī)帶來革命性的變化。

  ICC訊 如果計算機(jī)使用子而不是電子來傳輸數(shù)據(jù),它們的性能會更好,耗電量也會更少??茖W(xué)家們目前正在研究一種新的硅和鍺發(fā)合金,以獲得芯片,這將給計算機(jī)帶來革命性的變化。子,即構(gòu)成的粒子,已基本取代電子在通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。信號的高帶寬推動了電話系統(tǒng)、電視廣播和互聯(lián)網(wǎng)的巨大增長,然而,子還沒有取代計算機(jī)中的電子。

  使用在處理器芯片及其互連中傳輸數(shù)據(jù)將大大提高計算機(jī)的速度(芯片內(nèi)和芯片間的通信速度可以提高1000倍),同時降低它們運(yùn)行所需的功率。先進(jìn)的微處理器芯片可以包含數(shù)百億個晶體管,它們的銅電互連在運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的熱量。與子不同,電子有質(zhì)量和電荷。當(dāng)它們流經(jīng)金屬或半導(dǎo)體材料時,它們被硅和金屬原子散射,導(dǎo)致它們振動并產(chǎn)生熱量。因此,供應(yīng)給微處理器的大部分電力都被浪費(fèi)了。

  從硅中發(fā)的挑戰(zhàn)

  電子工業(yè)正準(zhǔn)備在計算機(jī)芯片中使用硅,因為它具有優(yōu)越的電子性能和可用性。它是一種很好的半導(dǎo)體,是一種豐富的元素,和硅氧化物一樣,它也是玻璃和沙子的成分。然而,由于硅的晶體結(jié)構(gòu),它在處理方面并不是很好。例如,它不能產(chǎn)生子或控制其流量以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。科學(xué)家研究了砷化鎵和磷化銦等發(fā)材料,但它們在計算機(jī)中的應(yīng)用仍然有限,因為它們沒有與當(dāng)前的硅技術(shù)很好地結(jié)合在一起。

  電子芯片

  來自歐洲的科學(xué)家在《自然》期刊上發(fā)表了一種新型的硅和鍺合金,它具有學(xué)活性。荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)的物理學(xué)家喬斯·哈弗科特(Jos Haverkort)說:這是第一步,我們證明了這種材料非常適合發(fā),而且它與硅兼容。下一步是開發(fā)一種硅兼容激器,它將被集成到電子電路中,作為電子芯片源,這是由歐盟FET計劃支持的SILAS項目最終目標(biāo)。

  該研究小組由埃因霍溫大學(xué)的埃里克·巴克斯(Erik Bakkers)領(lǐng)導(dǎo),還包括來自德國耶拿和慕尼黑大學(xué)、奧地利林茨大學(xué)、英國牛津大學(xué)和瑞士IBM大學(xué)的研究人員。為了制造這種激器,科學(xué)家們將硅和鍺結(jié)合在一個能夠發(fā)的六邊形結(jié)構(gòu)中,克服了硅的缺點,因為硅中的原子是以立方體形式排列。這是一個困難的項目,通過在六角鍺層上沉積硅原子來誘使硅采用六方結(jié)構(gòu)的初步嘗試失敗了。

  慕尼黑工業(yè)大學(xué)的喬納森·芬利(Jonathan Finley)解釋說:當(dāng)硅生長在平面六角鍺上時,硅頑固地拒絕改變其立方結(jié)構(gòu)。芬利通過測量產(chǎn)生的硅樣品學(xué)性質(zhì),能夠通過這種不同尋常的硅鍺生長。然而,多年來,埃因霍溫大學(xué)研究小組已經(jīng)開發(fā)出了生長納米管的專業(yè)知識,并推斷在鍺平面上不起作用的東西,可能會在納米管的曲面上起作用,這一次事情解決了。

  所做的是使用砷化鎵納米線,它有一個六角形的結(jié)構(gòu),所以有一個六角形的莖,研究人員在核心周圍創(chuàng)造了一個硅殼,它也有一個六邊形的結(jié)構(gòu)。通過改變沉積在納米管上的硅和鍺的量,研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)鍺的濃度超過65%時,這種六方合金能夠發(fā)下一步是激的演示,換言之,確定硅鍺合金如何將作為激放大和發(fā)射,并對其進(jìn)行測量。

  在硅鍺可以與硅基電子完全集成之前,有幾個懸而未決的問題需要解決:首先,這些設(shè)備必須與現(xiàn)有技術(shù)集成,這仍然是一個障礙。預(yù)計,未來量子計算機(jī)將使用低成本的硅基LED、纖激器、傳感器和發(fā)量子點等應(yīng)用??傮w而言,從電氣通信向通信的轉(zhuǎn)變將推動許多領(lǐng)域的創(chuàng)新,從用于自動駕駛的激雷達(dá),到用于醫(yī)療診斷或?qū)崟r空氣污染檢測的傳感器。

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