打印硅芯片和自旋的妙用

http://www.sina.com.cn 2008年01月04日 00:14  《环球科学》杂志

 

这个用聚硅烷制作的晶体管确实是“打印”出来的。

　　打印机可以打印出芯片，电子自旋则在计算机逻辑门中找到了用武之地。

　　现在回过头来看看老式打印机，那冰冷的“吱吱”声和讨厌的边缘穿孔打印纸，是否让你觉得很落伍？然而10年之后，当你再次回首端详今天被我们称为“打印机”的设备时，肯定也会觉得落伍——到那时，能够打出整件物品的三维立体打印机，售价已经在逐步下降，新型打印机甚至能够打印出电子电路板乃至功能完整的电路。研究人员现在已经发明了一种能打印出硅芯片的打印机。

　　这种设备是日本精工爱普生公司的材料科学家古泽昌宏(Masahiro Furusawa，音译)及其同事设计研制的，能够喷出聚硅烷(polysilane)，也就是一种由氢和硅构成的聚合物。一旦聚硅烷沉积下来，把它放进厨房烤箱，设定在清洗模式的温度下烘烤，便可把它所含的氢除掉，剩下来的就是晶体硅了。这种技术可以代替传统的微芯片生产工艺。传统工艺要求将硅提纯，并在硅基片上进行制版和蚀刻，不仅过程复杂，而且十分浪费：99%的硅都在制作过程中被浪费掉了。虽然硅打印机依然是一种很难伺候的设备，打印出来的芯片在精细程度上也赶不上传统技术。不过，它或许可以降低低精度硅器件的成本，比如显示器电路和太阳能电池等。

　　未来的电子设备玩家在回忆如今电路中的电流时，也会觉得非常落伍。今天的电路在传送信号时，是用电子的存在与否来表示数据的，完全没有考虑电子的自旋(spin，与经典物理学中的“旋转”相对应的一个量子力学性质)。目前正在崛起的自旋电子学(spintronics)，就是要充分利用这种以前无人问津的信息资源。目前，自旋电子学只在硬盘上实现了应用。研究人员正在努力探索如何把这项技术应用到执行计算任务的逻辑门上，主要原因在于，改变电子自旋所需的能量，比改变电流方向所需的能量要少。然而这项技术的难点在于，探测并操作自旋需要借助磁铁，把磁铁集成到硅电路中是件相当棘手的事情。(参见《环球科学》2007年第11期《钻石 量子计算机的心脏》一文。)

　　美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的物理学家阿南·德里(Hanan Dery)及其同事，提出了一项可行的逻辑门设计方案。这个方案把固定的磁铁与不同的电压结合起来，根据电子的自旋以及我们所需的门功能来操纵电子。研究小组还提出了一个粗略的构想，要用这种逻辑门制造自旋电子计算机，不过是否可行还须拭目以待。

　　撰文/乔治·马瑟(George Musser)

　　译/郭凯声 校/罗绮、虞骏

 

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