谁将代替硅芯片

虽然还无法预测准确的日期，但是硅晶片毫无疑问，会像25年前被淘汰的电子管那样走出我们的生活。随着硅二极管的衰落，自旋电子（spintronic）技术将逐渐兴起。

如果我们拿如今的65纳米晶圆产品与未来十年的22纳米晶圆产品相比，就不难发现，随着芯片体积的减小，更精细的尺度使得晶体管产品变得越来越不稳定了。这种晶体管的不稳定性表现在它的电气行为变得不可靠，比如它也许会漏电，也许某个元件需要比别的元件耗费更长的时间来充电，这些都将导致产品合格率的大幅下降。

更精细的制造技术遇到的另一个问题来自原子的体积。以22纳米的硅处理器为例，它的电路宽度只有13纳米，实际的物理线路宽度仅有9纳米。而线路间的绝缘层厚度仅有1纳米到2纳米厚，或者说仅有几个原子厚。因此基于硅晶光刻的技术很难超越22纳米这个极限。

那么未来我们将使用什么技术来实现更精密的设备呢？传统的电路结构，是通过导体传输电子来工作，而自旋电子技术则是采用了电子的另一种属性，它可以以更低的功率完成更多的工作。

这一技术源自电子可以向两个方向旋转的特性，即一般所说的向上旋转和向下旋转，这等同于我们常见的顺时针或者逆时针转动。这一现象早在80年前就已经被人类认知，但是要将其应用到实际设备中，还需要其它相关技术的发明，以及新的研究发现。

IBM在纳米尺度方面的研究处于世界领先，他们认为，在未来10-20年，自旋电子将可以被用来制造非易失性随机存储（NVRAM）芯片。据IBM推测，随着技术的发展，在未来，一个电子将可以保存1bit的数据。同样，旋转的电子还将加速接口速度，推动计算性能，并可以实现量子计算。

而另一些科学家，则在研究与自旋电子不同的另一个领域，这被称作分子电子学（ME）。研究人员发现，在分子中，某些元素的独立原子可以被用来搭建成电气组件。IBM Zurich lab的Heike Riel博士举例表示，这个技术就好像是将一个二极管集成进一个分子。

与自旋电子一样，分子电子学也处在刚刚起步的阶段，但ME设备可以用在独立的分子中，实现记忆细胞或者实现一个晶体管的效果。

近日IBM的研究人员通过分子电子学技术，成功地将一个分子改造成了存储模块，这个分子可以将数据保存数分钟之久。当然，分子电子学技术所面临的困难也相当多，除了寻找合适的元素外，最难的部分就是如何将导线与分子相连了。希望通过文章的讲解，大家能够对未来的新技术有所了解。

（责任编辑：陈毅东）

查看本文的国际来源