数名英特尔公司的研究人员于美国当地时间上周五在公司总部进行的一次演示中表示,在未来的若干年中,芯片厂商将继续沿着摩尔定律的轨道发展,但设计人员必须大规模地改变他们产品的基础设计和材料。其中最大的变化之一将是,首先改进硅晶体管,然后放弃使用硅晶体管制造芯片,到2014年,芯片中就可能包含有利用碳纳米管或硅纳米连线制造的晶体管。到2020年,芯片制造会要求更大的变化。
英特尔公司的科技战略主管鲍罗说,到2010年,我们将利用更好的设计取代CMOS.CMOS 是目前硅晶体管的技术基础。
英特尔公司对未来技术的设想解决了芯片产业面临的挑战。从1960年代直到世纪之交,芯片设计人员一直主要通过缩小芯片中晶体管尺寸、增加所集成晶体管数量的方法提高性能。缩小晶体管尺寸能够减少电子流动的距离,从而提高性能;增加晶体管数量使设计人员能够在芯片中添加更多功能。摩尔定律指出,设计人员每隔二年必须将芯片中的晶体管数量翻一番。
不幸的是,这条路已经走到了尽头。从2000年开始,芯片设计人员提高性能的方法不再仅仅是缩小晶体管尺寸,还使用了其它方法。例如,英特尔公司预计,从2007年开始使用0.045 微米的工艺生产芯片。与现有芯片不同的是,这些芯片将使用金属,而不是硅作栅极;栅极介质也不再使用已经使用了数十年的二氧化硅。
利用这种方式改进硅芯片将使设计人员能够在2011年或2012年开发出0.022 微米的工艺。但到2015年,性能还需要再次得到提升。届时,设计人员将进入“集成解决方案”时代,芯片厂商将使用不同的材料制作晶体管栅极,例如碳纳米管或碳纳米连线。
英特尔公司科技和制造集团负责材料研究的主管戴维表示,硅将仍然是这些晶体管的基质。但是,这些类CMOS晶体管中的许多材料将与现在有很大不同,制造工艺也是如此。
碳纳米管在未来的芯片中能够完成许多功能。一定类型的碳纳米管能够取代硅,被用在芯片中控制电流。另外,稍加变化的碳纳米管能够取代铜,用于连接晶体管。通常情况下,象碳、铜等材料是无法取代硅的,但纳米工艺的运用将改变这一切。
对使用了碳纳米管和纳米连线晶体管的试验表明,在能耗相同的情况下,与传统的晶体管相比,这类晶体管的性能提高了3-5 倍。与NEC 等其它公司一样,英特尔公司也正在进行直接在硅基片上生长碳纳米管的试验。
英特尔公司还在开发使用砷化镓和其它所谓“III-V ”化合物制造芯片的技术。一些通讯芯片厂商现在使用了这些材料,但要大规模地生产这类芯片还相当困难。
大约到2020年左右,靠缩小晶体管尺寸的方法提高性能的传统方法将“寿终正寝”,晶体管将小到只有几个原子组成,已经没有了进一步缩小它们的可能性。
更有前途的一种技术是电子旋转,即通过控制电子旋转状态表示“0 ”或“1 ”。另外,光学技术也可能被集成到芯片中。英特尔公司正在资助包括加州大学圣巴巴拉分校、乔治亚州工学院、耶鲁大学在内的一些大学进行这方面的试验。
尽管开发新芯片和新材料并非易事,随着纳米技术的问世,政府也加大了在芯片技术方面的投资。1997年全球各国政府资助的纳米研究经费为5 亿美元,到2003年,这一数字提高到了35亿美元。