晶体管技术还在不断演进

晶体管技术还在不断演进

尽管进一步缩小晶体管的尺寸面临着技术上的挑战，但研究人员仍在不断努力克服这些难题，尽力延长晶体管技术的寿命。

■ 本报特约撰稿 杨守廉

据美国媒体报道，电脑有

了新型晶体管，同时计

算机晶体管技术又向微观世界跃进了一步。科学家发明了一种可用来模仿人类大脑神经元结构的新型晶体管（NOMFET），最终目的是研制出可像人类那样能思考的计算机系统。此种新型晶体管是目前首个可模仿大脑细胞（或称神经元）之间实行交互作用的关键过程的电子设备。

越做越小的晶体管

法国电子学、微电子学及纳米技术研究所研究人员多米尼克·维尧姆说，科学家的目标是研制出纳米级别电路，以制造出能模拟人类大脑神经元的新型电脑。它能胜任传统电脑所不能的工作，如图像的处理及识别等。

突触晶体管模仿的是神经元之间的细微桥梁突触——它是大脑的关键组成部分。神经元产生一小股电脉冲，并将神经传递素这种化学物质释放到突触内。神经传递素在突触之间活动，从而引发相连神经元之间的交互反应。电脉冲的频率决定了神经元所发出的化学信号的强弱。大多数情况下，对神经元的不断刺激会引发强烈的反应，但对某些神经元不断刺激反而会抑制它们的反应。神经元具有的这种适应性被称为短期神经可塑性。

以前的仿大脑神经网络需要7个晶体管才能模拟出这种短期神经可塑性。新型晶体管产生以后，模拟短期神经可塑性则只需一个晶体管就行。晶体管越小适应性越好，这很重要，因为能降低人工突触的造价及制造难度，同时也就能大大提高人工突触的数量。

维尧姆的小组研制出的新型晶体管能模拟具有短期神经可塑性的人类神经元，从而产生或强或弱的电流输出，相对传统的晶体管无疑更具可塑性。

推动计算机晶体管技术前进的还有著名材料科学家弗朗西斯·罗斯。IBM的这位研究员正培育一大堆蘑菇形状的硅纳米线，此线有望成为制造新型电子产品的基础材料。纳米线是一种有前途发展的材料。它也是材料科学转型的范例之一，科学家正在努力制造出比目前的晶体管体积更小、速度更快、能力更强的新一代电子开关器件。

晶体管

到底能做多小

晶体管是由电源控制的一种开关装置。这个开关装置处于接通状态时，代表着1；它关闭时，代表着0。这种0和1是计算机最基本的语言。50多年来，在摩尔定律的引领下，晶体管变得越来越小、越来越便宜。

困扰研究人员的问题是现在晶体管小型化已达到物理极限。现代的晶体管以数十亿的数量级别被应用于制造微型处理器和存储器芯片。这些晶体管构建在一个硅片的表面上，采用的制造工艺首先要把材料精密地堆起来，然后精确地蚀刻出各种不同的绝缘材料、导体材料及半导体材料。这种工艺的精确度非常高，已接近具备排列单个原子的能力。

如今，一个高端的英特尔CPU由十几亿个晶体管构成，每个晶体管每秒钟可接通或断开约3000亿次，且排列得非常紧密。现在芯片生产工艺还在不断进步，比如微型处理器芯片采用的晶体管最小尺寸正在由45纳米升级到32纳米。然而，这种技术升级方式很难持续下去。几年来很多计算机科学家警示，日益增加的技术难题要解决。不过，科学家仍在不断努力。

IBM公司首席芯片设计师布拉德·麦克雷迪说：“研究人员和业务主管称晶体管尺寸微缩技术可继续一段时间。英特尔公司也认为，通过把更加先进的照相平版印刷技术与新型材料相结合，改变晶体管的设计，可使晶体管尺寸最小压缩到5纳米。今后10年可有效推进芯片产业发展。”

英特尔公司副总裁、电子原件研究负责人迈克尔·梅伯里说：“硅材料晶体管的使用期很可能比我们预想的更长”。

英特尔公司和IBM公司曾公开表示，要开发新一代的鳍式场效晶体管（FinFET），最早在今明两年开始的22纳米技术时代可投入使用，这种晶体管有更高密度的优势。

毫无疑问，新材料和新的制造工艺迟早会使计算机技术更加物美价廉。从长远看，新的电子开关器件可能以电磁技术、量子技术以及纳米动力切换技术为基础，可能使用单一的自旋变化来代表1或0。