打印硅芯片和自旋的妙用

這個用聚硅烷制作的晶體管確實是“打印”出來

　　打印機(jī)可以打印出芯片，電子自旋則在計算機(jī)邏輯門中找到了用武之地。

　　現(xiàn)在回過頭來看看老式打印機(jī)，那冰冷的“吱吱”聲和討厭的邊緣穿孔打印紙，是否讓你覺得很落伍？然而10年之后，當(dāng)你再次回首端詳今天被我們稱為“打印機(jī)”的設(shè)備時，肯定也會覺得落伍——到那時，能夠打出整件物品的三維立體打印機(jī)，售價已經(jīng)在逐步下降，新型打印機(jī)甚至能夠打印出電子電路板乃至功能完整的電路。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明了一種能打印出硅芯片的打印機(jī)。

　　這種設(shè)備是日本精工愛普生公司的材料科學(xué)家古澤昌宏(MasahiroFurusawa，音譯)及其同事設(shè)計研制的，能夠噴出聚硅烷(polysilane)，也就是一種由氫和硅構(gòu)成的聚合物。一旦聚硅烷沉積下來，把它放進(jìn)廚房烤箱，設(shè)定在清洗模式的溫度下烘烤，便可把它所含的氫除掉，剩下來的就是晶體硅了。這種技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微芯片生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)工藝要求將硅提純，并在硅基片上進(jìn)行制版和蝕刻，不僅過程復(fù)雜，而且十分浪費：99%的硅都在制作過程中被浪費掉了。雖然硅打印機(jī)依然是一種很難伺候的設(shè)備，打印出來的芯片在精細(xì)程度上也趕不上傳統(tǒng)技術(shù)。不過，它或許可以降低低精度硅器件的成本，比如顯示器電路和太陽能電池等。

　　未來的電子設(shè)備玩家在回憶如今電路中的電流時，也會覺得非常落伍。今天的電路在傳送信號時，是用電子的存在與否來表示數(shù)據(jù)的，完全沒有考慮電子的自旋(spin，與經(jīng)典物理學(xué)中的“旋轉(zhuǎn)”相對應(yīng)的一個量子力學(xué)性質(zhì))。目前正在崛起的自旋電子學(xué)(spintronics)，就是要充分利用這種以前無人問津的信息資源。目前，自旋電子學(xué)只在硬盤上實現(xiàn)了應(yīng)用。研究人員正在努力探索如何把這項技術(shù)應(yīng)用到執(zhí)行計算任務(wù)的邏輯門上，主要原因在于，改變電子自旋所需的能量，比改變電流方向所需的能量要少。然而這項技術(shù)的難點在于，探測并操作自旋需要借助磁鐵，把磁鐵集成到硅電路中是件相當(dāng)棘手的事情。(參見《環(huán)球科學(xué)》2007年第11期《鉆石量子計算機(jī)的心臟》一文。)

　　美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的物理學(xué)家阿南·德里(HananDery)及其同事，提出了一項可行的邏輯門設(shè)計方案。這個方案把固定的磁鐵與不同的電壓結(jié)合起來，根據(jù)電子的自旋以及我們所需的門功能來操縱電子。研究小組還提出了一個粗略的構(gòu)想，要用這種邏輯門制造自旋電子計算機(jī)，不過是否可行還須拭目以待。