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【TLG-RS232】BROOKS渠道商介紹,近日，美國英特爾公司與加州大學伯克利分校的研究人員們在自旋電子學領域取得進展，正在設法超越現有晶體管技術，并為未來新型內存與邏輯電路預備道路。未來，這些新型內存與邏輯電路有望用于這個星球上的每一臺計算機。

1947年，美國貝爾實驗室正式成功演示了**個基于鍺半導體的具有放大功能的點接觸式晶體管，標志著現代半導體產業的誕生與信息時代的開始。晶體管被譽為20世紀最重要的發明之一。

什么是晶體管？

晶體管，是一種固態半導體器件，具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調制等多種功能，通常用作放大器與電控開關。我們日常生活中使用的各種電子產品，例如手機、家電、汽車、超級計算機等，都離不開晶體管。

集成電路技術出現之后，數量龐大的晶體管能夠被封裝到一片指甲蓋大小的芯片之中。這種晶體管由源極、漏極以及位于它們之間的柵極所組成，電流從源極流入漏極，柵極則起到控制電流開關的作用。通俗地說，晶體管能夠在半導體內移動電子，并將它們存儲為“二進制比特”：0和1。

半導體行業中**的“摩爾定律”曾指出：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

過去幾十年來，半導體行業發展的實踐證明：摩爾定律是準確且穩定的。然而，隨著半導體技術不斷進步，晶體管尺寸在不斷縮小，芯片制程在不斷改進，從28納米到22納米、16納米、14納米，再到如今**進的7納米、5納米。因此，單顆芯片上可容納的晶體管數目不斷增多，如今**進的芯片上可容納的晶體管數目已達幾十億，甚至上百億。

不幸的是，近些年來，芯片上的晶體管尺寸縮小與數量增加的速度正在放緩，技術上遭遇到了瓶頸。換句話說，摩爾定律正面臨失效。

這種情況為什么會出現？

簡單說，5納米堪稱晶體管的物理極限，一旦低于5納米，電子的行為將受到量子不確定性的限制，晶體管中的電子很容易產生隧穿效應，晶體管將變得不再可靠，芯片的制造會面臨巨大挑戰。

在所謂的“后摩爾時代”，世界各國的科學家們都在積極探索與開發各式各樣的新技術、新工藝、新材料。之前，筆者在多篇文章中都介紹過相關的科研案例。其中，有一個領域潛力非常巨大，也頗受關注，它就是“自旋電子學(Spintronics)”。

什么是自旋電子學？

自旋電子學，也稱磁電子學，是一門新興的學科與技術。它利用了電子的自旋和磁矩，使固體器件中除電荷輸運外，還加入電子的自旋和磁矩。

眾所周知，電子有兩個非常重要的屬性：電荷與自旋。現代微電子技術往往都是利用電子的電荷屬性，卻忽視了電子的自旋屬性。

電子攜帶電荷，電荷定向移動形成電流。傳統的電子計算機，一般都是通過電子器件和導線之間的電流，傳輸與處理數據信息。然而，電流遇到電阻會產生熱量，而熱量會影響電子器件的性能。

然而，自旋電子器件依賴于電子的另外一個特性：自旋。自旋電子材料可以通過“向上”或者“向下”的電子自旋方向（就像條形磁鐵的南北極一樣）將二進制數據記錄于材料中。

因此，自旋電子器件有望解決現代電子計算機所面臨的兩大主要問題：“耗電多”和“發熱多”。相比于傳統的電子器件，自旋電子器件耗電更少，發熱也更少。自旋電子計算機在內存中保持數據所需的能量幾乎為零，它也可以瞬間啟動，將比現今的計算機強大許多倍。

自旋電子學為我們帶來許多新應用，例如：硬盤磁頭、磁性隨機內存、自旋場發射晶體管、自旋發光二極管等等。自旋電子器件與傳統微電子器件相比，優勢在于存儲密度高、能耗低、響應快等。

資訊來源：汕頭羅克自動化