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半导体器件:技术不断进步 应用指日可待

发布时间:2007年2月1日 点击次数:92
来源:中国电子报   作者:
 
2006年半导体器件的开发取得一系列新进展。引人注目的是美国开发出速度高达845GHz的晶体管。由于技术的不断进步,传统的半导体器件外形获重大改进。器件的形状并非只有芯片一种。美国科学家已开发出仅1纳米的单分子晶体管;日本厂商在世界上领先研制出厚度与普通纸相当的“电子纸”;日立公司小米粒大小的电子标签已可月产上百万个。此外,韩国三星公司在大容量存储器上取得领先世界的重大进展;英特尔公司划时代的硅光电激光器问世;IBM开发成功超高速的硅锗半导体器件。现分别介绍如下。

  晶体管:速度高达845GHz

  美国伊利诺大学电机系美籍华裔的冯明教授,率领几个研究生开发成功目前世界最快的晶体管。该磷化铟与砷化铟镓晶体管的工作速度高达845GHz。这一速度是在-55℃的低温下获得的,在室温下该晶体管运行速度可为765GHz。冯明教授的研究小组开发出了能够同时生成光信号和电信号的超高速的磷化铟与砷化铟镓异质结双极晶体管。该晶体管可同时发出光信号和激光束,并且可以直接进行激光束调制,从而以极高的速度传送光信号。有关专家认为,这种晶体管可能会对计算和通信领域产生重大影响。

  单分子晶体管:开发成功

  2006年8月底美国科学家宣布开发成功单分子晶体管。美国亚利桑那大学的物理学家发明了一种将单分子转变为可使用的晶体管的技术。这项突破使制造体积更小、功能更强的计算机成为可能。当前批量生产的晶体管可应用65纳米工艺,而亚利桑那大学的科学家可以将晶体管做到只有一个分子那么大,也就是大约1纳米。3年前科学家就开始思考如何设计新一代的晶体管。他们发现量子力学可以解决分子级晶体管的散热问题。美国科学家使用了拥有环形结构的苯分子。

  研究人员指出,在经典物理学中,来自两个通路的电流能够汇集,但在量子力学中,两个电波会互相干涉而消耗,导致电流不能导通,使晶体管处于关断状态。美国科学家利用第三个电极中的电流改变了另两个电波的相位,使它们不再相互干扰,从而让晶体管处于导通状态。科学家用了很长的时间将所有电子感应考虑在内,并制作出真正成熟的器件。目前,他们已经为该器件申请了名为“量子干涉效应晶体管(QUIET)”的专利。利用这项技术,不但可以生产出计算功能更加强大的计算机,在天文、气象、电脑动画等多个需要虚拟现实的领域大显身手,而且还可用于制造细菌大小的微型机器人,让它们像科幻电影中演示的那样进入血管,帮助医生做出更精确的诊断和治疗。

  电子纸:厚度仅0.096毫米

  日本爱普生公司2006年9月开发出世界最薄的电子纸。该电子纸可弯曲,其厚度仅为0.096毫米,与普通复印纸相当。过去开发的其他电子纸厚度至少是其4倍,因而这是目前世界上最薄的电子纸。

  该电子纸的清晰度为每英寸192点,尺寸为2.1英寸见方,重量为0.44克。由于其又轻又薄、可弯曲还耐冲击,因此可广泛用于电子书籍等用途。据该公司称,由这种电子纸制成的电子书除了重量轻之外,由于可弯曲,因而与其他物体一起放入包内也不易损坏。

  从原理而言电子纸是一种薄形显示器。目前有电泳式、反射式液晶、透过式液晶、有机发光式和粉流体式等几种。其中电泳式、反射式和粉流体式可做得很薄,并且省电,透过式液晶和有机发光式则适于显示彩色,响应速度快的是有机发光式,电泳式和粉流体式适于单色显示。

  典型产品有富士通的0.8mm厚度的反射式液晶板。2006年夏该公司又开发出了0.4mm的产品,这种可弯曲的电子纸面积为3.8厘米见方。在阳光和荧光灯下可显现红色和蓝色。

  发展较为成熟的是有机电致发光的薄形显示器,目前已可大批量生产,并且采用这种显示器的电视机在市场上已有销售。透过式液晶的薄显示器也有实用产品问世。

  粉流体式利用微的粉粒作显示单位,其比液晶式的产品工作速度要快上100倍,以上几种电子纸目前均有可供实用的样品问世。其中大部分可作为广告板和货品标签。

  此外,韩国LG-飞利浦LCD公司2006年夏试制出了14.1英寸柔性电子纸。该电子纸采用了美国E Ink公司开发的电泳型电子墨水和LG-飞利浦LCD公司开发的采用不锈钢底板的柔性TFT衬底等技术。

  普利斯通公司开发出了4096色显示的彩色电子纸。该公司采用“电子分粉流体”的电子纸技术,结合利用滤色器实现了彩色化。屏幕尺寸为8.1英寸,分辨率为480

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