文档介绍：纳米计算机有几种?
当代计算机硬件的基础是微电子技术,即以硅为主要原材料的大规模集成电路技术。集成电路中能对信息进行加工处理的是执行开关、放大等功能的晶体管,它们是现代计算机中最重要的积木块。一个芯片上能容纳的晶体管越多,计算机的存储能力就越大,计算机能力就越强。
按目前的工艺水平,芯片中晶体管的直径大约为350纳米。1纳米为10亿分之一米,大约相当于10个原子的直径。纳米计算机指的是其基本元件尺寸仅为几纳米的计算机。如果晶体管再缩小到当前尺寸的百分之一(),那么在现在一个晶体管大小的面积上就可容纳 1万多个晶体管,这将大大提高计算速度和集成度。因此,纳米计算机将带来许多新的应用,有着光明的前景。
科学家探索了实现纳米计算机的多种途径,归纳起来有四种可能的技术:电子技术、生物化学技术、机械技术以及量子技术。
电子纳米计算机
由于电子计算机有着50多年广泛深入的研究和工业制造经验,电子式纳米计算机可能会是现代计算机继续发展并且最容易达到的下一个目标。
自1948年晶体管发明以来,固态电子学进展迅速,计算机的容量和速度大大提高。在过去的40多年中,集成电路芯片上的晶体管密度呈指数增长,但是晶体管的工作原理却没有根本的改变。按目前的小型化发展速度,估计在21世纪早期,传统晶体管技术将达到最小尺寸极限。在这样小的尺度内,诸如电子隧道穿透(即隧穿)等量子力学效应将起主要作用,从而使半导体器件的工作机理发生变化。为保持计算速度和存储容量仍以现有的速率提高,必然要求晶体管技术有所变革,这就是纳米计算机引起关注的原因。
电子纳米计算机仍然是以电子储存和运动来处理信息。作为晶体管的替代物,许多新的纳米级器件都采用量子效应来控制电子的运动,以便避开对体效应晶体管过度缩小的做法。
量子点(Quantum dot)和单电子晶体管(Single-Electron Transistor)控制少量电子隧穿附近栅极电场的位置阱,表现了类似于微电子学晶体管的开关与放大作用。目前固态量子点可小到30纳米,将来还可能做得更小。量子点器件的灵敏性也达到了单个电子电荷量级。利用量子力学效应的其他电子纳米器件,如共振隧穿器件(resonant tunneling device, RTD)也被提出并进行了实验性的加工制造。RTD与传统的微电子学结合可构成微米——纳米混合式电子逻辑电路。这些革新的器件使得有可能制造出更加密集的逻辑电路。最近提出的、更具创新意义的器件概念还有由量子点排成的量子点点格(Quantum-dot Cell)和无连线的点格自动机(Wireless Cellular Automata)。
上面介绍的大多数量子效应纳米器件制造方法仍沿用了微电子学固态结构的加工方式,只是尺寸更小,工作原理不同。还有一种利用分子技术制造纳米级电子器件的新颖方法,被称为分子电子学。分子电子学器件可以做得比固态纳米电子器件更小、更精确。现行技术制造的大多数固态量子效应器件的一个大问题是它们只能在低温下工作。如果能用单个的分子或一个较大分子中的一些小功能团来构成纳米电子器件,那么它们将会比现在的器件小得多,量子点的工作温度也可以提高到室温甚至更高。
最早提出的分子电子器件是1974年Aviran和Ratner的分子整流器。它由一个单分子构成,可使电流按指定的方向流过,展