科學(xué)家研究出一種新材料可以提高計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)的效率，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生重大影響。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷深入和擴(kuò)展，需要速度更快、性能更高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。雖然超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展極大地提高了計(jì)算機(jī)器件的速度，從而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能大幅度提高。但是，仍然滿足不了當(dāng)前對(duì)更高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的需要。人們基于并行處理的思想，開辟了并行處理和并行處理計(jì)算機(jī)的研究領(lǐng)域。

    由明尼蘇達(dá)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新材料，可以提高計(jì)算機(jī)處理和記憶的效率。在半導(dǎo)體研究公司的支持下，研究人員已經(jīng)對(duì)這種材料提出了專利，半導(dǎo)體行業(yè)的人們已經(jīng)要求提供材料樣品。

    首席研究員王建平說，“我們使用的量子材料在過去幾年中引起了半導(dǎo)體行業(yè)的廣泛關(guān)注，但是以獨(dú)特的方式創(chuàng)造了它，從而產(chǎn)生了具有新的物理和自旋電子特性的材料，可以極大地提高計(jì)算和存儲(chǔ)效率。

    這種新材料屬于一類稱為”拓?fù)浣^緣體“的材料，由于其獨(dú)特的自旋電子傳輸和磁性，最近由物理和材料研究界以及半導(dǎo)體工業(yè)研究過。拓?fù)浣^緣體通常使用單晶生長(zhǎng)工藝制造。另一種常見的制造技術(shù)使用稱為分子束外延的工藝，其中晶體以薄膜生長(zhǎng)。這兩種技術(shù)都不能輕易擴(kuò)展用于半導(dǎo)體工業(yè)。

    在這項(xiàng)研究中，研究人員開始研究硒化鉍（Bi2Se3），一種鉍和硒的化合物。然后他們使用稱為”濺射“的薄膜沉積技術(shù)，該技術(shù)由于碰撞而由目標(biāo)材料中的離子和原子之間的動(dòng)量交換驅(qū)動(dòng)。雖然濺射技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中很常見，但這是第一次用于制造拓?fù)浣^緣體材料，該材料可以按比例擴(kuò)展用于半導(dǎo)體和磁性工業(yè)應(yīng)用。

    然而，濺射技術(shù)起作用的事實(shí)并不是實(shí)驗(yàn)中最令人驚訝的部分。濺射的拓?fù)浣^緣體層中小于6納米的納米尺寸晶粒為材料創(chuàng)造了新的物理性質(zhì)，改變了材料中電子的行為。在對(duì)新材料進(jìn)行測(cè)試后，研究人員發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有材料相比，計(jì)算處理和內(nèi)存的效率提高了18倍。

    ”隨著晶粒尺寸的減小，我們經(jīng)歷了我們所謂的‘量子限制’，其中材料中的電子起著不同的作用，使我們能夠更好地控制電子行為，“

    研究人員使用明尼蘇達(dá)大學(xué)獨(dú)特的高分辨率透射電子顯微鏡（TEM）研究了這種材料，這是一種顯微技術(shù)，其中一束電子通過樣品傳輸形成圖像。

    ”利用我們先進(jìn)的像差校正掃描透射電鏡，我們?cè)O(shè)法識(shí)別出這些納米尺寸的顆粒及其在薄膜中的界面，“

    研究人員表示，這只是一個(gè)開始，這一發(fā)現(xiàn)可以為半導(dǎo)體行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)的更多進(jìn)步打開大門，例如磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）技術(shù)。

    ”隨著這些材料的新物理學(xué)可能會(huì)出現(xiàn)許多新的應(yīng)用，“這項(xiàng)前沿研究可能會(huì)產(chǎn)生重大影響。

    ”使用濺射工藝制造像鉍 - 硒化物基拓?fù)浣^緣體這樣的量子材料是違反該領(lǐng)域所有研究人員的直覺本能，實(shí)際上并沒有任何現(xiàn)有理論支持，“王說。 ”四年前，在半導(dǎo)體研究公司和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的大力支持下，我們開始尋找一條實(shí)用的途徑來尋找一種實(shí)用的途徑，以便為未來的計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展和應(yīng)用拓?fù)浣^緣體材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了拓?fù)浣^緣體材料的新理論。

    高性能計(jì)算機(jī)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力的綜合體現(xiàn)，也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步和國(guó)防安全的重要工具，已成為世界各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制定戰(zhàn)略計(jì)劃，提出很高目標(biāo)，投入大量資金，加速研究開發(fā)步伐。多年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及CPU為基礎(chǔ)的高性能并行計(jì)算機(jī)得到了迅速的發(fā)展，其高端系統(tǒng)正向百萬(wàn)億次、千萬(wàn)億次邁進(jìn)。我國(guó)近十年來，對(duì)高性能并行計(jì)算的研究開發(fā)也給予了很大重視，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步和可貴經(jīng)驗(yàn)，研制出了具有相當(dāng)水平的并行機(jī)系統(tǒng)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距仍然甚大，在高性能并行計(jì)算的應(yīng)用開發(fā)與相關(guān)的人才培養(yǎng)教育方面尤現(xiàn)不足。如何使高性能并行機(jī)系統(tǒng)深入充分地在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科研和社會(huì)應(yīng)用的發(fā)展中發(fā)揮作用，實(shí)為當(dāng)務(wù)之急，引起人們的普遍關(guān)心。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414