纳米级飞跃到数万亿晶体管
IBM 研究科学家曹青开发出连接碳纳米管的方法
科学家和工程师不需要在时代广场穿隔板宣布“摩尔定律的终结已近”。他们都知道，基于硅的计算机芯片很快就会停止提高速度和缩小尺寸。 IBM 的一位科学家曹青可能已经在碳纳米管中找到了替代硅的答案——卷起的碳片可以在比硅更小的尺度上更好地传导电信号。
曹，被麻省理工科技评论评为35岁以下先锋 今年，想出了一种方法将碳纳米管对齐在一起，然后将它们融合到细小的金属连接线。这意味着它们可以扩展到今天的硅芯片大小，并最终在未来的计算机中取代它们。曹在本周的 TR 中解释了他如何完成将纳米管排列成阵列，然后将金属原子焊接到四原子宽纳米管的末端 位于马萨诸塞州剑桥市的 EmTech。我赶上了曹，想看看他的演讲。*
*更新，2016 年 10 月 21 日：在《麻省理工科技评论》上观看曹青的 EmTech 演讲。
曹青, IBM Research（图片来源：麻省理工科技评论）
硅的极限是什么？碳纳米管如何超越这个极限？
青曹： 硅芯片已经拥有数十亿个 22 纳米晶体管。这些是当今服务器中的芯片类型。我们已经证明 7 nm 是可能的。但是，当硅碰到量子力学的壁垒时，它的能力在 5 或 6 nm 左右结束。然而，碳纳米管由于其本质上的小尺寸——大约 1 纳米，或者只有四个原子宽——允许我们达到 5 纳米或更多的节点。在这种规模下，碳纳米管晶体管的运行速度是硅的两倍，而功耗却不到一半。
为什么我们还不能制造 CNT 芯片？
曹青, IBM Research（图片来源：麻省理工科技评论）
质量控制： 当我们转向更小的设备时，连接器必须同时缩小。但是，将金属连接器尺寸减小到 10 纳米以下，会急剧增加电阻，从而降低器件性能。我们——我和 Thomas J Watson 研究中心的团队——开发了一种通过强化学键将 CNT 的末端连接到钼线的方法，并在这种情况下验证了连接器尺寸的减小不会妥协设备性能，即使金属连接器的尺寸缩小到只有 40 个原子宽甚至更小。
在解决了连接器问题之后，我们仍然需要一个碳纳米管晶圆来构建碳纳米管芯片。我的团队开发了一种方法，可以将纳米管自组装成晶片上并排对齐的阵列。能够将 CNT 阵列组装到晶片上，然后用具有最小电阻损耗的细金属线将它们连接起来，这意味着芯片更小，速度比硅更快 - 以及摩尔定律的延续。
您认为这些芯片什么时候会进入我们的计算机和设备？
质量控制： 我认为这种纳米管器件将在未来 10-15 年内出现在产品中，并有助于维持摩尔定律至少未来 20 年。最终，我们希望将 1 万亿个晶体管装入处理器（这比银河系中的恒星数量还多！）
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