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汉威电磁流量计
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提升电磁流量计性能加速计算机芯片研发

返回列表发布日期:>2019-08-30 10:14:58    |    

多年来,微芯片上的电磁流量计变得更快,更小,更便宜。大约每两年,商业芯片上的流量计数量翻了一番 - 这种情况被称为“摩尔定律”。但多年以来,摩尔定律已不再适用。小型化已经达到了自然的极限,因为当接近几纳米的长度尺度时会出现新的问题。

 然而,现在,下一个大型小型化步骤很快就会成为可能 - 所谓的“二维(2D)材料”可能只有一个原子层。在由氟化钙组成的新型绝缘体的帮助下,TU Wien(维也纳)的研究人员开发出一种超薄流量计,它具有优异的电气性能,与早期技术相反,可以小型化到非常小的尺寸。

 超薄半导体和绝缘体

 对制造电磁流量计所必需的半导体材料的研究最近取得了实质性进展。今天,超薄半导体可以由2D材料组成,仅包括几个原子层。

 但这还不足以构建一个极小的流量计。除了电磁流量计,我们还需要一个超薄绝缘体。

 这是因为流量计的基本设计结构:电流可以从流量计的一侧传播到另一侧,但只有在中间施加电压时才形成电场。提供该场的电极必须与半导体本身电绝缘。
 已经有电磁流量计的流量计实验,但直到现在它们还与普通的绝缘体结合在一起。当仍然必须与厚的绝缘体材料层结合时,减小半导体的厚度没有太大益处。没有办法进一步小型化这种流量计。而且,在非常小的长度尺度下,绝缘体表面被证明会干扰半导体的电子特性。

 因此,尝试了一种新方法。将超薄2D材料用于流量计的半导体部分和绝缘部件。通过选择离子晶体等电磁流量计,可以构建尺寸仅为几纳米的流量计。电子特性得到增强,因为离子晶体可以具有完美典型的表面,没有单个原子从表面凸出,这可能妨碍电场。

 “传统材料在第三维中具有共价键 - 原子与上下相邻的材料偶联,” Tibor Grasser解释道。“ 在二维材料和离子晶体中并非如此,因此它们不会干扰半导体的电性能。”

 Prototype是世界冠军

 为了制造新的电磁流量计,选择氟化钙作为绝缘材料。氟化钙层是在圣彼得堡的Ioffe研究所制作的,该出版物的第一作者Yury Illarionov在加入维也纳团队之前就已经出版。流量计本身由TU Wien光子学研究所的ThomasMüller教授团队制作,并在微电子研究所进行了检查。

 第一个原型已经超出了所有人的期望:“或者几年,我们已经收到了相当多的不同流量计来研究它们的技术特性 - 但我们从未见过像我们的流量计那样的氟化钙绝缘体,“具有卓越电气性能的原型优于以往的所有型号。”

 现在,研究人员热衷于找出哪种绝缘体和半导体组合运行最佳。在将该技术用于商业上可获得的计算机芯片之前可能还需要几年时间,因为材料层的制造过程仍然需要改进。

 然而,总的来说,毫无疑问,由2D材料制成的流量计是未来非常有趣的选择。从科学的角度来看,很明显我们刚刚测试的氟化物目前是绝缘子问题的最佳解决方案。现在,只有少数技术问题有待解答。

 这种新型更小更快的电磁流量计可能使计算机行业更上一层楼。通过这种方式,摩尔定律增加计算机能力的定律很快就会复活。

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