小邏輯,大學問

2011/02/08 | |

Original publish date:Dec 06, 2001

編輯 Fish 報導

擁有一台只有手掌大小的超級電腦或許仍是個遙不可及的夢想,不過來自美國及荷蘭的最新研究結果,使人們朝這個目標邁出了重要的一步。

當你我可能還為著廣告中那即薄又輕的筆記型電腦欽羨不己的時候,科學家早已把目光放在奈米尺度的電子元件上。雖然早在1974年,Aviram 和 Ratner 便提出了分子級電子元件 (molecular electronic device) 的概念,直到最近幾年,科學家才知道如何以碳奈米管 (carbon nanotube) 、奈米線 (nanowire) 或有機分子建構導線、開關等單一電子元件。

而根據在幾周前的Science的一篇文章,荷蘭Delft University of Technology的Cees Dekker所帶領的研究小組已成功地利用碳奈米管製作了好幾種數位邏輯運算電路。在同一期的Science中的另一篇文章,哈佛大學的Charles Lieber率領的研究小組則以奈米線及完全不同的建構哲學製作了類似的邏輯電路。

事實上,以碳奈米管製作電晶體乃至邏輯電路並不是頭一回。Dekker的實驗室在1998年即領先全球造出第一個碳奈米管電晶體。今年六月,IBM的研究人員則發表了以碳奈米管製作的NOT邏輯閘。不過,Dekker等人這次利用他們先前的研發成果作出了更多不同的邏輯電路。這其中包括了隨取記憶體 (RAM) 的記憶單位 (memory cell) 。

不過碳奈米管電路的前景卻有個隱憂。那就是取決於幾何結構的細微差異 (記住! 我們所談的尺度是奈米。) 碳奈米管可為導體,亦可為半導體。而製作電晶體的碳奈米管則必須是半導體。但是,現今合成碳奈米管的方法並無法有效地控制生成物的電性。

相較之下,Lieber的研究小組對他們所採用的奈米線的電性有非常好的控制。他們首先以矽和氮化鎵 (GaN) 分別生成p型及n型的半導體奈米線,再將它們垂直交叉。每個交叉點相當於一個電晶體,故把這些點適當地聯結起來可形成邏輯電路。值得注意的是,不同於前者利用蝕刻 (lithography) 來建構電路,Lieber等人是使用組合 (assembly) 的方式。這種由下而上 (bottom-up) 的建構哲學將使他們得以大量地製造及測試所生產的電路。

當然現在談量產上述電路是不合實際的,畢竟還有很多複雜的細節須要克服。但是毫無疑問地,奈米級電子學 (nano-electronics) 的實現不再是空談。

原始論文: 1. Bachtold, A. Hadley, P. Nakanishi, T. Dekker, C. Logic circuits with carbon nanotube transistors. Science, 294, 1317 , (2001).

2. Huang, Y. et al. Logic gates and computation from assembled nanowire building blocks. Science, 294, 1313 – 1317, (2001).

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