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鄭州華晶金剛石股份有限公司

硅的未來岌岌可危?未來計(jì)算機(jī)或迎來鉆石芯

關(guān)鍵詞 鉆石 , 電子元件 , 芯片 , 金剛石|2021-04-26 11:03:17|來源 解放軍報(bào)
摘要 “鉆石恒久遠(yuǎn),一顆永流傳?!便@石,也叫金剛石。長(zhǎng)久以來,鉆石以其具備稀少、美麗、耐久的品質(zhì)被人們視為珍寶。近期的一項(xiàng)研究成果表明,鉆石不僅僅是稀世珍寶,更具有科技應(yīng)用潛力——它有望...

鉆石恒久遠(yuǎn),一顆永流傳?!便@石,也叫金剛石。長(zhǎng)久以來,鉆石以其具備稀少、美麗、耐久的品質(zhì)被人們視為珍寶。

近期的一項(xiàng)研究成果表明,鉆石不僅僅是稀世珍寶,更具有科技應(yīng)用潛力——它有望成為下一代電子元件的制備材料,用于未來量子計(jì)算機(jī)的芯片制作。

很長(zhǎng)一段時(shí)間里,硅一直是第三代半導(dǎo)體最重要的原材料。電腦、手機(jī)等電子設(shè)備內(nèi)部,都依賴于半導(dǎo)體芯片和硅基集成電路。根據(jù)摩爾定律,一英寸計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量每年翻一番,成本減半。這意味著積壓在硅芯片上的微型晶體管,每年的體積都縮小一半。隨著時(shí)間推移和半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展,硅的未來岌岌可危。

工程學(xué)家一直希望找到一種優(yōu)于硅的材料,以制備出更小、運(yùn)行更快且有效性更高的芯片。這時(shí),金剛石以其獨(dú)特的物理性質(zhì)進(jìn)入了研究者視野。

金剛石具有高度導(dǎo)電和導(dǎo)熱性,是制備高頻率、大功率電子元器件的理想候選材料。然而,金剛石同時(shí)也是個(gè)“硬漢”:它具有極高的硬度和脆性,在制備過程中經(jīng)常會(huì)損害到材料本身,或者難以使金剛石達(dá)到電子元器件的性能指標(biāo)。由于沒有發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)用可行性,把它應(yīng)用于電子行業(yè)一度被工程學(xué)家比作“攀登珠穆朗瑪峰”。

在研究過程中,研究人員利用特殊辦法,制備出直徑只有人類頭發(fā)百分之一的微型單晶金剛石。在室溫下,該材料可達(dá)到最大均勻拉伸應(yīng)變9.7%,且在解除拉伸之后能恢復(fù)原狀。在拉伸應(yīng)變?cè)黾舆^程中,金剛石帶隙會(huì)隨之減少,拉伸到達(dá)9%以上就會(huì)由“間接帶隙”變?yōu)椤爸苯訋丁保瑢?shí)現(xiàn)電子躍遷并釋放光子。這一新特性與現(xiàn)有半導(dǎo)體元器件類似,有應(yīng)用于光電元件、甚至量子元件的潛力。

研究人員認(rèn)為,他們的研究結(jié)果將推進(jìn)金剛石元件“走下珠穆朗瑪峰”。未來的量子計(jì)算機(jī)或可憑借金剛石制成的芯片,大幅提升計(jì)算機(jī)熱導(dǎo)率,讓計(jì)算機(jī)在接近絕對(duì)零度下也能保持順暢運(yùn)行。

 

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