鐵電材料有望使計算機告別矽時代-靜壓電d33係數測量儀

鐵電材料有望使計算機告別矽時代

鐵電材料有望使計算機告別矽時代！！！

經過幾十年的反複再造，矽晶體(ti) 管開始顯現出了其發展的瓶頸。鐵電材料（Ferroelectric materials）可使計算機不再運用數字邏輯進行計算。

如這張彩色照片中所示，鐵電材料的這種魚脊形結構或許可以使它適於(yu) 作為(wei) 晶體(ti) 管使用。

　　經過幾十年的反複再造，矽晶體(ti) 管開始顯現出了其發展的瓶頸，整個(ge) 行業(ye) 都開始尋找它的替代品。目前，一種新的符合計算機行業(ye) 使用要求的材料出現在人們(men) 麵前。如果這種材料可以成功運用於(yu) 計算機領域，這將使計算機處理器不僅(jin) 能有效提高能源利用率，而且能夠提高運算能力和存儲(chu) 能力。

　　經過研究，研究人員發現，他們(men) 可以利用電荷在四種不同狀態之間進行快速切換的鐵電材料來存儲(chu) 數據。由這種材料製成的晶體(ti) 管可以利用這些不同的電荷狀態表達比1和0更多的計算機數字邏輯基礎，而且它不需要外部供電即可保持這些電荷狀態，這種材料既可以處理信息也可儲(chu) 存信息。

　　如今的矽晶體(ti) 管已縮小到了納米級別，已經達到性能極限，不能很好地處理功耗過高、散熱和速度等問題。

托馬斯·塞伊斯（Thomas N. Theis）是位於(yu) 紐約約克鎮的IBM公司沃森（Watson）研究中心的科學家，他是一家工業(ye) 財團半導體(ti) 研究集團下屬的納米電子學研究創新計劃的執行董事，他認為(wei) ，使用了這類處理器的產(chan) 品都需要用各自不同的方式來克服這些挑戰。

　　加州大學伯克利分校的材料科學家萊恩·馬丁（Lane Martin）目前領導這項新研究。他指出，鐵電材料的一個(ge) 主要優(you) 勢在於(yu) ，這種材料對於(yu) 半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 來說並不是新生事物。富士通、德州儀(yi) 器以及其他幾家公司都已經製造出了鐵電存儲(chu) 設備。

　　“我們(men) 隻不過是將現有的這種材料進行升級，如果有公司想要采用它，它不會(hui) 像新材料那樣要十年才能實現規模化，”馬丁這樣說道。

　　馬丁正與(yu) 理論化學家安德魯·瑞普（Andrew Rappe）共同合作在賓夕法尼亞(ya) 大學進行建模並測試鐵電體(ti) 。

　　與(yu) 矽晶體(ti) 管一樣，鐵電元件可以在不同狀態之間進行切換來表達信息。但是切換的物理特性與(yu) 矽晶體(ti) 管是*不同的。鐵電體(ti) 不是在傳(chuan) 導與(yu) 絕緣狀態之間切換，而是切換電極，即改變電荷在材料中的位置。

　　鐵電材料具有天然的電極，可以通過電場來改變電極方向。到目前為(wei) 止，切換隻需要幾納秒，對於(yu) 數據存儲(chu) 來說這已足夠快了，但對於(yu) 數據處理而言，這樣的速度還是太慢，而這需要消耗相當多的能量。

　　瑞普預測，通過增大鐵電晶體(ti) 一定角度並從(cong) 另一個(ge) 角度施加電場，鐵電材料的切換會(hui) 發生改變。除了上下兩(liang) 極切換，還有一種瑞普稱為(wei) “次狀態”的中間狀態。

　　馬丁對用各種不同鐵電材料製作的元件進行測試，包括鋯鈦酸鉛。在測試中，當狀態從(cong) 上電極狀切換到次狀態再到下電極狀態時，與(yu) 從(cong) 上電極直接切換到下電極相比，它展示出了更快的切換速度，而且隻需要較低的電壓。測試結果公布在了《Nature Materials》雜誌上。

　　馬丁指出，這種鐵電材料的切換速度比常規設計至少快了兩(liang) 至三倍。

　　IBM的塞伊斯表示，這項測試研究的結果似乎表明了，我們(men) 對這些材料的了解取得了“非常重大的進步”。

　　馬丁表示，他和瑞普希望，不僅(jin) 僅(jin) 局限於(yu) 將鐵電材料應用於(yu) 存儲(chu) 設備上。他們(men) 的一個(ge) 想法是，將這些鐵電材料與(yu) 矽材料進行結合，從(cong) 而製造出新型晶體(ti) 管。這種新設備將會(hui) 節能，會(hui) 將計算處理與(yu) 存儲(chu) 結合為(wei) 一體(ti) 。

　　“如果發生斷電現象，你可在電源恢複後繼續原來的工作，這對於(yu) 家庭用戶而言十分便利，而且節省了數據中心的開支，”馬丁這樣說道。