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[请教,要点,笔记] 2025-01-28,“半电路、半电磁场”电路,集成电路,芯片

已有 477 次阅读 2025-1-28 12:31 |个人分类:先进的信息理论与技术|系统分类:科研笔记

[请教,要点,笔记] 2025-01-28,“半电路、半电磁场”电路,集成电路,芯片

                      

                   

   又要过春节了。

   把“半电路、半电磁场”电路(集成电路,芯片)方面的思考,阶段性记录一下。以防春节后忘记。

                      

   当前及今后的思考重点:

   设计“半电路、半电磁场”类型的,一个像JK触发器一样的数字时序逻辑电路。

                      

一、“半电路、半电磁场”电路

   “场”的直接利用:大几何尺寸;但,高集成度,高工作频率。

                      

   (1)同时利用“电流/电磁场”进行工作的电路。

                      

   (2)对于集成电路,主要是同时利用“载流子/电磁场”进行工作。信号(电能)的传输、加工、存储等。

                      

   (3)因为利用了“电磁场”,所以比目前“主要利用载流子”的集成电路,从原理上看:低功耗。

   以前需要把引起干扰的电磁场,屏蔽掉。这不仅引起额外的功耗,还增加了芯片的面积。

                      

   (4)因为利用了“电磁场”,可以明显提高电路的工作频率。

   对照微波电路(微波网络 microwave network,微波集成电路 microwave integrated circuit)。

                      

   (5)以退为进:把最小单元限制在目前(或更早)的宏观几何尺寸,直接回避“量子、纳米”等带来的新型困难。

   显著降低了芯片的设计、加工难度。

                      

   (6)直接进行算数-逻辑等运算,利用了“场”的与非门原型:

   ① 多栅极场效应管可能简化“与非门”数字逻辑电路,

   ② 用光做“算术加法”和“逻辑与”运算,

   ③ 用“压电效应”做数学运算。

                      

二、缺点

(1)不神秘;

(2)不时髦。

                      

三、历史:很像“浸入式光刻技术 immersion lithography technology”

                

        

参考资料:

[1] 2022-12-23,摩尔定律/Moore's law/刘力源,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=130521&Type=bkzyb&SubID=105141

   量子力学限制成为阻碍集成电路产业继续按照摩尔定律发展的物理壁垒,而不断攀升的巨额投入则逐渐形成经济壁垒,集成电路产业发展速度放缓已现端倪。

[2] 2022-01-20,纳米电子器件/nano electronic devices/张晓佳,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=272547&Type=bkzyb&SubID=152339

   纳米量级器件会出现电导量子化、能级量子化、电荷量子化、库仑阻塞、共振隧穿、电子波干涉及电导的弱局域性等现象。由于微加工技术的发展,器件的特征尺寸已经达到纳米尺度,已经接近甚至小于电子的德布罗意波长,达到了介观体系的尺度。随着尺寸的减小,传统的电子器件已逐渐接近其工作原理的‘物理极限’,量子效应显著,并出现一些介观尺度的特有现象。

[3] 2022-12-23,纳电子器件/nanoelectronic device/彭海林,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=193711&Type=bkzyb&SubID=123520

   纳电子器件会出现许多新的现象,如电导量子化、库仑阻塞、共振隧穿、电子波干涉及电导的弱局域性等现象。这些现象是传统的微电子技术所不需要考虑的。

   在器件小型化的过程中,其物理模型会发生一定的变化:①由于测不准原理,相空间的概率分布函数将不再具有统计意义;②由于电子波长和器件尺寸可比,电子会表现出波动性,而不能简单考虑其粒子性;③电子运动做出的晶体格点不再是无限大,格点起伏变得比较明显,边界效应所占比重加大;④由于相位相干长度和器件尺寸可比,电子相关性、关联性变强。

[4] 2022-12-23,纳米电子器件/nanoelectronic device/e郭国平,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=152177&Type=bkzyb&SubID=80655

   自从1947年电子晶体管发明以来,其尺寸持续缩小。随着器件尺寸进入纳米尺度,介观物理和量子效应将会越来越明显,因此将产生短沟道效应、库仑阻塞效应、绝缘氧化层量子隧道效应和沟道掺杂原子统计涨落等物理现象,影响器件的性能;由于晶体管集成度的提高,单位面积内的功耗增加,散热问题对器件性能的影响越来越大;为了满足纳米尺度工艺精度和技术要求,芯片制造设备成本越来越高。

   纳米电子器件具有尺寸小、功耗低、对外界环境敏感等特点,具有的量子效应使得其与传统电子器件有着很多不同之处。

[5] 汪波. 芯片简史[M]. 杭州:浙江教育出版社,2023-04-01

[6] 2023-04-29,麦克斯韦方程组/Maxwell's equations/陈熙谋,中国大百科全书,第三版网络版 [DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=141120&Type=bkzyb&SubID=61956

[7] 2022-06-04,库仑定律/Coulomb's law/陈熙谋,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

[8] 2023-03-30,电磁辐射/electromagnetic radiation/徐在新,中国大百科全书,第三版网络版 [DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=141110&Type=bkzyb&SubID=61961

[9] 2022-01-20,近场/near field/汪力,中国大百科全书,第三版网络版 [DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=156841&Type=bkzyb&SubID=95653

[10] 2023-01-30,芯片成本/chip cost/高原,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=106757&Type=bkzyb&SubID=81301

[11] 2023-08-29,系统间干扰/inter-system interference/刘秀成,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=399062&Type=bkzyb&SubID=134216

[12] 2022-12-23,电磁兼容/electromagnetic compatibility; EMC/刘秀成,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=399067&Type=bkzyb&SubID=134209

[13] 2022-01-20,电磁兼容性/electromagnetic compatibility/顾尔顺,中国大百科全书,第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=103721&Type=bkzyb&SubID=80520

[14] Yi Yang, Di Zhu, Akshay Agarwal, Mengjie Zheng, John D. Joannopoulos, Thomas Christensen, Karl K. Berggren, Marin Soljačić. A general theoretical and experimental framework for nanoscale electromagnetism [J]. Nature, 2019, 576(7786): 248-252

doi:  10.1038/s41586-019-1803-1

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1803-1

[15] Wei Cao, Huiming Bu, Maud Vinet, Min Cao, Shinichi Takagi, Sungwoo Hwang, Tahir Ghani, Kaustav Banerjee. The future transistors [J]. Nature, 2023, 620(7974): 501–515.   16 August 2023

doi:  10.1038/s41586-023-06145-x

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06145-x

[16] Yanjie Shao, Marco Pala, Hao Tang, Baoming Wang, Ju Li, David Esseni, Jesús A. del Alamo. Scaled vertical-nanowire heterojunction tunnelling transistors with extreme quantum confinement [J]. Nature Electronics, 2024.

doi:  10.1038/s41928-024-01279-w

https://www.nature.com/articles/s41928-024-01279-w

                   

相关链接:

[1] 2025-01-27,[打听,资料] 2nm节点光刻J,还使用“浸入式光刻技术 immersion lithography technology”吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1470704.html

[2] 2025-01-19,[重复,建议] 认真评估“半电路、半电磁场”电路 (不断思考的笔记)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1469512.html

[3] 2025-01-18,[预先判断,prejudgment] “半电路、半电磁场”电路的前景

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1469400.html

[4] 2025-01-08,[优先权,笔记,展望] 新型数字JK触发器:“半电路、半电磁场”集成电路、“光”“电”共生集成芯片的关键判断

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467963.html

[5] 2025-01-04,[请教,讨论] 延续摩尔定律:以“功能部件”为设计单元? (关联:“半电路、半电磁场”集成电路)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467381.html

[6] 2024-10-16,[怀旧,展望] 电磁场仿真软件:首选的“半电路、半电磁场”电路设计技术途径

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1455627.html

[7] 2024-06-18,[汇报,讨论] 傻,你为什么不亲自研制“半电路、半电磁场”电路?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1438747.html

[8] 2023-08-21,[征求意见稿] “半电路、半电磁场”电路:目标和现状

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1399839.html

[9] 2025-01-16,[小资料] 1906年德福雷斯特(Lee de Forest)申请的“真空三极管”专利(图片)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1469139.html

[10] 2025-01-15,[小资料] 1959年莱霍韦茨(Kurt Lehovec)申请的“电气隔离”多半导体组件专利(图片)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468994.html

[11] 2025-01-14,[笔记,资料,芯片] 集成电路:莱霍韦茨 Kurt Lehovec 的“反向偏压P-N结”电气隔离

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468831.html

[12] 2025-01-12,[历史,笔记] 工作环境的双重性:晶体管、集成电路

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468538.html

[13] 2025-01-11,[汇报] 我为什么不思考“量子计算、纳米计算、单电子计算”、……?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468413.html

[14] 2025-01-09,[打听] 傻会像诺伊斯 Noyce、霍尔尼 Hoerni 一样捡漏吗? (资料阅读:真空电子管)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468122.html

[15] 2025-01-07,[优先权,笔记,展望] “光”“电”共生的集成芯片 (关联:延续“摩尔定律 Moore's law”)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467814.html

[16] 2025-01-06,[请教,资料] 发生“光电效应 photoelectric effect”的最短空间距离是多小 (关联:延续“摩尔定律 Moore's law”)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467674.html

[17] 2025-01-05,[优先权,笔记] 以“功能部件”为设计单元:以JK触发器为例的思考 (关联:延续“摩尔定律 Moore's law”)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467522.html

[18] 2025-01-03,[打听,讨论] 谁是未来的主要计算机:超导、纳米(纳米管技术)、光学(光子)、DNA(生物)、量子计算机等

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[19] 2024-05-17 22:49,[小资料,笔记,讨论] 电磁屏蔽

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1434568.html

[20] 2025-01-28 02:23,[小资料,科普,要点] “电子瓶颈”、“集成光路的瓶颈(集成光路瓶颈)”

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[21] 2025-01-28 03:48,[汇总,要点,概念] “半电路、半电磁场”电路,集成电路,芯片

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IP: 58.31.64.*   | 璧� 璧� +1 [6]鏋楀垰   2009-1-21 19:57
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IP: 210.41.108.*   | 璧� 璧� +1 [2]鏉庡皬鏂�   2009-1-20 17:22
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IP: 222.241.75.*   | 璧� 璧� +1 [1]鍒樿繘骞�   2009-1-20 12:16
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