超级军网摩尔定律将死 “电子自旋”芝麻开门
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/30 10:08:47
摩尔定律已死？
“宛如在白纸上作画，芯片业正面临一个全球洗牌的机会。”旧金山时间1月22日，斯坦福大学应用物理学和电机工程系教授张首晟在接受本报记者独家专访时，将矛头直指IT业奉为圭臬的摩尔定律。
英特尔创始人之一戈登·摩尔在上世纪60年代初提出：集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，而性能也将提升一倍。半个世纪以来，这一定律见证了人类信息技术前进的脚步，也养肥了芯片业的巨无霸——英特尔。
2003年，为应对摩尔定律即将失效的问题，张首晟等在2003年组建了“IBM- 斯坦福自旋电子研究中心”，并于2006年将其基于芯片业未来提出的新构想——通过电子的自转来降低其能耗——在理论上完成了预演。2007年，这一新构想被德国的一个实验小组通过实验证明。同年，张首晟的这一发现被评为“全球十大重要科学突破”之一。
作为斯坦福最年轻的正教授，张首晟以其在半导体和超导方面的研究获得国际公认，并在《科学》、《自然》等期刊上发表论文100多篇。张同时还担任“IBM-斯坦福自旋电子研究中心”联席主席，致力于研究下一代先进半导体设备。
“这同时也是中国芯片业唯一一个可超前的机会，政府、科研机构和产业界应积极行动起来。”张首晟说，如果到时还是跟在别人后面、被动购买专利，那么中国在芯片业将几乎没有翻身机会。
当“摩尔定律”失效
《21世纪》：摩尔定律被IT业奉为圭臬，全球芯片技术、产业界基本都是在这一固定原理下运行，你基于哪些因素判断，现在全球芯片业正经历一个转型期？
张首晟：在过去差不多六十多年中，摩尔定律不断解决了很多问题，但发展到今天，芯片业根本性的瓶颈已经显露，即如果按摩尔定律的原理，芯片将不可能再按原来速度发展。估计在2015-2020年左右，芯片的升级速率会慢慢停止。对全球来说，这是一个比较危机的时间点。
当然，这也是一个转机。美国政府很早就看到了这一点，目前已在创新发展方面进行很多投资，美国研究机构在此方面也做了大量布局，希望能在这个重新洗牌期率先找到一个新原理来工作。
《21世纪》：瓶颈由何而生？
张首晟：这一根本性瓶颈是：如果我们仍按原来的原理工作，电脑每做一次运算，芯片每个三极管都要发出一定热量，而每过18个月三极管上面就要 Double一次，这是一个指数增长的概念。指数增长很可怕，虽然一个三极管本身散发热量不多，但上面放那么多三极管，而芯片大小始终没有太多改变。
事实上，有关如何降低功耗的问题现在已迫在眉睫，再发展下去，芯片将无法正常工作。为此，工程师已想尽几乎一切解决办法，但这是一个根本性的问题，每做一次运算，必然就会出现这样的结果。
所以现在工业界的挑战或者说科研界的机会就在于，是否能找到一个比较有革新性的构想，使工业界用一个全新原理工作，让三极管根本不会散出那么多热量。
《21世纪》：目前美国是否已经找到根本性的解决方案，可能的方向是在哪里？
张首晟：如果要真正从根本上解决这一问题，选择肯定不会太多，因为能想到的基本都已经想过了，而我们说电子工业最终还必须建立在电子上。通常来说，我们是通过电子所在的电流来做集成电路，而基于我们以往所发现和知道的电子特性，小革新仍会有，但重大的革命机会已不会太多。
《21世纪》：在这种情况下，如何让电子工业最终仍建立在电子上？
张首晟：必须注意电子仍是电子，它就是这些性质，不可能去空想出一个新性质。我们现在所使用的一个新思想是：电子除具有带电这一基本特性外，它还有另一性质，即它在一边运动时，同时还在做自转。这就如地球绕着太阳转，但地球本身也在自转。
自转是电子本身所固有的另一性质，而这一固定性质可以用来作为研究的原理和新方向。这可能也是目前大家最热、最集中投资的一个方向，即通过电子自旋来做逻辑运算。
“电子自转”会颠覆什么？
《21世纪》：“电子自旋”怎么做逻辑运算，这一原理的运作方式是怎样的？
张首晟：在运动过程中，电流本身是比较有规律的，即从左边到右边，但在半导体中，电子的运动基本为无序。比如说，假设我们面前的这个桌子是一个芯片，那么当电流要从桌子这一头传到另一头时，就如同我们要走过一个非常杂乱无章的迪斯科舞厅──你(电子)总是会不断碰撞到别人，由此，你(电子)本身具备的能量也在这一过程中被消耗。
所以我们一直在思考，大自然是否可能存在一种比较漂亮的跳舞方式让电子在里面运动，即电子是否能有一种更有序的运动形式。如果能找到，就意味我们能更好地控制热量或根本不会有热量散出来，因为电子不需经常碰来碰去就不会有很多热量消耗。
《21世纪》：你从2003年开始就在做这方面的研究，你们发现了什么？
张首晟：到2006年有一个重大突破，即找到了电子的一个运动循环规律。我们发现，电子自转方向与电流方向实际上有一定规律。这样的话，相当于运动时大家有一定默契，电子在运动中就不会互相乱碰撞。
这一规律已在实验上被证实。接下来的一步是希望能向工业化，但整个东西要投入工业大概差不多还需要五年时间，所以这是一个非常紧迫的历史机遇。
另外一点，规律虽然已被找到，但目前仍须在特殊条件下才能实现：首先它的材料不是硅，是另外一种材料，我们所找到的还比较特殊，两个基本元素 Hg(贡)和Te(碲)，它们在自然界也有，但要做得比较好的话需人工合成;而另一个条件就是，温度相对来说还较低。
《21世纪》：对于产业界而言，这是一种怎样的机遇？美国工业界，比如一些大公司是否已经行动起来？
张首晟：这是一个全球重新洗牌机会，或者说是在白纸上面画最新的图案。这一机遇的重要性可能相当于当年集成电路的发明。人类芯片史上有以下几个革命：真空管、晶体管和集成电路，但其实从集成电路到现在，一直都没有一个大的变化。
目前，美国产业界基本上还是在原来模式下做更多进步，但针对这一重新洗牌机会，也已联合起来共同给大学和科研机构资金。这是美国惯常的一个做法，即由政府和工业界联合起来支持大学研究机构。
我认为中国半导体工业也一定要有这样的超前意识，不能整天打价格战，说我们这里便宜你们就过来。现在看来，这并不是一个很成功的模式。
中国机会
《21世纪》：但目前全球芯片产业格局已基本成型，中国还能在这一新方向上有所作为吗？
张首晟：我们今天谈的更多是非常前端的创新，在这方面虽然中国一直非常注重，但总的来说并不成功。我希望强调的是，这一重新洗牌的机会也是中国芯片业唯一一个可以超前的机会。而往往洗牌的机会都是在规则改变时，如果大家都在循规蹈矩，那将永远也超越不了。比如说台湾地区，其在上世纪60-70年代抓住了芯片的设计与代工相脱节的机遇，赚了很多钱。中国大陆这么多年来，基本上是在用政府的良好政策和较低的人工成本来拷贝这一模式。
但我更愿意认为，中国也能在这一最新机遇中找到比较新的机会。除在斯坦福工作，我也经常访问中国的大学，联系和合作比较紧密的是清华大学及中科院物理所。我发现他们在这方面跟得很紧，做的实验也很漂亮。
中国科研人员很聪明，人数也很多。我还发现一个特点，即只要知道了一个努力的基本方向，中国会跟得很快。就电子自旋学来说，中国科研界在寻找更容易生产的材料以及把工作的温度提得更高两个方面，已经做了很多。
《21世纪》：中国芯片企业在这方面应该怎样布局？
张首晟：我想首先要做的事情是：把产业和科研较紧密联系起来。在这方面，美国一直做得比较好。比如说上述的研究项目，英特尔在其中有很多投资。
但这一投资不单是给一些钱，其实这些钱政府也完全可以单独给，但一旦英特尔投了一点、政府再跟进的话，英特尔就已通过此举作了一定选择。这样一来，科研机构要做下一步发展，比如我们在做很多方案时，英特尔作为股东就会在此时提出非常关键性的“反馈”。
《21世纪》：作为科研机构，你们怎么在不同的芯片公司之间进行选择？
张首晟：英特尔、AMD和IBM等六大公司虽然有竞争关系，但他们的竞争主要是在如何把产品做得更好。他们唯一不想的是：竞争对手有了之后把我摒弃在外。
我们所做的是知识产权方面的战略，这个知识产权在六个公司之内共享，然后大家可以就谁能把这个东西做得更好展开竞争。这六个公司中，不具备排他性，但中国不在里面。
《21世纪》：如果现在中国的芯片公司想做第“七”个，是否可以？
张首晟：这是一个很好的idea。但这样的合作在历史上没有过，这不是因为有什么限制，主要还是公司自身做得不够好。
还有一层原因是，如果公司整天都忙于打价格战，自然也不可能有远见来考虑如何让自己翻身。
这种合作模式对企业而言还有另外一个好处。我们现在在斯坦福做的可能还是一个比较实验性的工作，但我们的学生毕业后大部分会去公司，因为他们平时做研究时就与公司保持紧密联系，这样一旦做成，最后的开花结果可能还是在公司里面。中国在产学研相结合的问题上一定要迈出这一步。
《21世纪》：政府可以在其中起到什么样的作用？
张首晟：中国政府现在很有钱，完全可以来做这方面的研究和投资，但我认为最好的方式还是要比较有意识地与工业界联系起来，使后者也成为一个股东，不用承担太大风险。
我们现在已经有一些知识产权，但一个东西要做成一个行业需要成百上千个专利，中国仍有机会介入。但你如果不做的话，让美国又把整个领域占领，到时候中国将又碰到同样的问题——跟在后面、花很多钱去买专利。（21世纪经济报道）摩尔定律已死？
“宛如在白纸上作画，芯片业正面临一个全球洗牌的机会。”旧金山时间1月22日，斯坦福大学应用物理学和电机工程系教授张首晟在接受本报记者独家专访时，将矛头直指IT业奉为圭臬的摩尔定律。
英特尔创始人之一戈登·摩尔在上世纪60年代初提出：集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，而性能也将提升一倍。半个世纪以来，这一定律见证了人类信息技术前进的脚步，也养肥了芯片业的巨无霸——英特尔。
2003年，为应对摩尔定律即将失效的问题，张首晟等在2003年组建了“IBM- 斯坦福自旋电子研究中心”，并于2006年将其基于芯片业未来提出的新构想——通过电子的自转来降低其能耗——在理论上完成了预演。2007年，这一新构想被德国的一个实验小组通过实验证明。同年，张首晟的这一发现被评为“全球十大重要科学突破”之一。
作为斯坦福最年轻的正教授，张首晟以其在半导体和超导方面的研究获得国际公认，并在《科学》、《自然》等期刊上发表论文100多篇。张同时还担任“IBM-斯坦福自旋电子研究中心”联席主席，致力于研究下一代先进半导体设备。
“这同时也是中国芯片业唯一一个可超前的机会，政府、科研机构和产业界应积极行动起来。”张首晟说，如果到时还是跟在别人后面、被动购买专利，那么中国在芯片业将几乎没有翻身机会。
当“摩尔定律”失效
《21世纪》：摩尔定律被IT业奉为圭臬，全球芯片技术、产业界基本都是在这一固定原理下运行，你基于哪些因素判断，现在全球芯片业正经历一个转型期？
张首晟：在过去差不多六十多年中，摩尔定律不断解决了很多问题，但发展到今天，芯片业根本性的瓶颈已经显露，即如果按摩尔定律的原理，芯片将不可能再按原来速度发展。估计在2015-2020年左右，芯片的升级速率会慢慢停止。对全球来说，这是一个比较危机的时间点。
当然，这也是一个转机。美国政府很早就看到了这一点，目前已在创新发展方面进行很多投资，美国研究机构在此方面也做了大量布局，希望能在这个重新洗牌期率先找到一个新原理来工作。
《21世纪》：瓶颈由何而生？
张首晟：这一根本性瓶颈是：如果我们仍按原来的原理工作，电脑每做一次运算，芯片每个三极管都要发出一定热量，而每过18个月三极管上面就要 Double一次，这是一个指数增长的概念。指数增长很可怕，虽然一个三极管本身散发热量不多，但上面放那么多三极管，而芯片大小始终没有太多改变。
事实上，有关如何降低功耗的问题现在已迫在眉睫，再发展下去，芯片将无法正常工作。为此，工程师已想尽几乎一切解决办法，但这是一个根本性的问题，每做一次运算，必然就会出现这样的结果。
所以现在工业界的挑战或者说科研界的机会就在于，是否能找到一个比较有革新性的构想，使工业界用一个全新原理工作，让三极管根本不会散出那么多热量。
《21世纪》：目前美国是否已经找到根本性的解决方案，可能的方向是在哪里？
张首晟：如果要真正从根本上解决这一问题，选择肯定不会太多，因为能想到的基本都已经想过了，而我们说电子工业最终还必须建立在电子上。通常来说，我们是通过电子所在的电流来做集成电路，而基于我们以往所发现和知道的电子特性，小革新仍会有，但重大的革命机会已不会太多。
《21世纪》：在这种情况下，如何让电子工业最终仍建立在电子上？
张首晟：必须注意电子仍是电子，它就是这些性质，不可能去空想出一个新性质。我们现在所使用的一个新思想是：电子除具有带电这一基本特性外，它还有另一性质，即它在一边运动时，同时还在做自转。这就如地球绕着太阳转，但地球本身也在自转。
自转是电子本身所固有的另一性质，而这一固定性质可以用来作为研究的原理和新方向。这可能也是目前大家最热、最集中投资的一个方向，即通过电子自旋来做逻辑运算。
“电子自转”会颠覆什么？
《21世纪》：“电子自旋”怎么做逻辑运算，这一原理的运作方式是怎样的？
张首晟：在运动过程中，电流本身是比较有规律的，即从左边到右边，但在半导体中，电子的运动基本为无序。比如说，假设我们面前的这个桌子是一个芯片，那么当电流要从桌子这一头传到另一头时，就如同我们要走过一个非常杂乱无章的迪斯科舞厅──你(电子)总是会不断碰撞到别人，由此，你(电子)本身具备的能量也在这一过程中被消耗。
所以我们一直在思考，大自然是否可能存在一种比较漂亮的跳舞方式让电子在里面运动，即电子是否能有一种更有序的运动形式。如果能找到，就意味我们能更好地控制热量或根本不会有热量散出来，因为电子不需经常碰来碰去就不会有很多热量消耗。
《21世纪》：你从2003年开始就在做这方面的研究，你们发现了什么？
张首晟：到2006年有一个重大突破，即找到了电子的一个运动循环规律。我们发现，电子自转方向与电流方向实际上有一定规律。这样的话，相当于运动时大家有一定默契，电子在运动中就不会互相乱碰撞。
这一规律已在实验上被证实。接下来的一步是希望能向工业化，但整个东西要投入工业大概差不多还需要五年时间，所以这是一个非常紧迫的历史机遇。
另外一点，规律虽然已被找到，但目前仍须在特殊条件下才能实现：首先它的材料不是硅，是另外一种材料，我们所找到的还比较特殊，两个基本元素 Hg(贡)和Te(碲)，它们在自然界也有，但要做得比较好的话需人工合成;而另一个条件就是，温度相对来说还较低。
《21世纪》：对于产业界而言，这是一种怎样的机遇？美国工业界，比如一些大公司是否已经行动起来？
张首晟：这是一个全球重新洗牌机会，或者说是在白纸上面画最新的图案。这一机遇的重要性可能相当于当年集成电路的发明。人类芯片史上有以下几个革命：真空管、晶体管和集成电路，但其实从集成电路到现在，一直都没有一个大的变化。
目前，美国产业界基本上还是在原来模式下做更多进步，但针对这一重新洗牌机会，也已联合起来共同给大学和科研机构资金。这是美国惯常的一个做法，即由政府和工业界联合起来支持大学研究机构。
我认为中国半导体工业也一定要有这样的超前意识，不能整天打价格战，说我们这里便宜你们就过来。现在看来，这并不是一个很成功的模式。
中国机会
《21世纪》：但目前全球芯片产业格局已基本成型，中国还能在这一新方向上有所作为吗？
张首晟：我们今天谈的更多是非常前端的创新，在这方面虽然中国一直非常注重，但总的来说并不成功。我希望强调的是，这一重新洗牌的机会也是中国芯片业唯一一个可以超前的机会。而往往洗牌的机会都是在规则改变时，如果大家都在循规蹈矩，那将永远也超越不了。比如说台湾地区，其在上世纪60-70年代抓住了芯片的设计与代工相脱节的机遇，赚了很多钱。中国大陆这么多年来，基本上是在用政府的良好政策和较低的人工成本来拷贝这一模式。
但我更愿意认为，中国也能在这一最新机遇中找到比较新的机会。除在斯坦福工作，我也经常访问中国的大学，联系和合作比较紧密的是清华大学及中科院物理所。我发现他们在这方面跟得很紧，做的实验也很漂亮。
中国科研人员很聪明，人数也很多。我还发现一个特点，即只要知道了一个努力的基本方向，中国会跟得很快。就电子自旋学来说，中国科研界在寻找更容易生产的材料以及把工作的温度提得更高两个方面，已经做了很多。
《21世纪》：中国芯片企业在这方面应该怎样布局？
张首晟：我想首先要做的事情是：把产业和科研较紧密联系起来。在这方面，美国一直做得比较好。比如说上述的研究项目，英特尔在其中有很多投资。
但这一投资不单是给一些钱，其实这些钱政府也完全可以单独给，但一旦英特尔投了一点、政府再跟进的话，英特尔就已通过此举作了一定选择。这样一来，科研机构要做下一步发展，比如我们在做很多方案时，英特尔作为股东就会在此时提出非常关键性的“反馈”。
《21世纪》：作为科研机构，你们怎么在不同的芯片公司之间进行选择？
张首晟：英特尔、AMD和IBM等六大公司虽然有竞争关系，但他们的竞争主要是在如何把产品做得更好。他们唯一不想的是：竞争对手有了之后把我摒弃在外。
我们所做的是知识产权方面的战略，这个知识产权在六个公司之内共享，然后大家可以就谁能把这个东西做得更好展开竞争。这六个公司中，不具备排他性，但中国不在里面。
《21世纪》：如果现在中国的芯片公司想做第“七”个，是否可以？
张首晟：这是一个很好的idea。但这样的合作在历史上没有过，这不是因为有什么限制，主要还是公司自身做得不够好。
还有一层原因是，如果公司整天都忙于打价格战，自然也不可能有远见来考虑如何让自己翻身。
这种合作模式对企业而言还有另外一个好处。我们现在在斯坦福做的可能还是一个比较实验性的工作，但我们的学生毕业后大部分会去公司，因为他们平时做研究时就与公司保持紧密联系，这样一旦做成，最后的开花结果可能还是在公司里面。中国在产学研相结合的问题上一定要迈出这一步。
《21世纪》：政府可以在其中起到什么样的作用？
张首晟：中国政府现在很有钱，完全可以来做这方面的研究和投资，但我认为最好的方式还是要比较有意识地与工业界联系起来，使后者也成为一个股东，不用承担太大风险。
我们现在已经有一些知识产权，但一个东西要做成一个行业需要成百上千个专利，中国仍有机会介入。但你如果不做的话，让美国又把整个领域占领，到时候中国将又碰到同样的问题——跟在后面、花很多钱去买专利。（21世纪经济报道）
“宛如在白纸上作画，芯片业正面临一个全球洗牌的机会。”旧金山时间1月22日，斯坦福大学应用物理学和电机工程系教授张首晟在接受本报记者独家专访时，将矛头直指IT业奉为圭臬的摩尔定律。
英特尔创始人之一戈登·摩尔在上世纪60年代初提出：集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，而性能也将提升一倍。半个世纪以来，这一定律见证了人类信息技术前进的脚步，也养肥了芯片业的巨无霸——英特尔。
2003年，为应对摩尔定律即将失效的问题，张首晟等在2003年组建了“IBM- 斯坦福自旋电子研究中心”，并于2006年将其基于芯片业未来提出的新构想——通过电子的自转来降低其能耗——在理论上完成了预演。2007年，这一新构想被德国的一个实验小组通过实验证明。同年，张首晟的这一发现被评为“全球十大重要科学突破”之一。
作为斯坦福最年轻的正教授，张首晟以其在半导体和超导方面的研究获得国际公认，并在《科学》、《自然》等期刊上发表论文100多篇。张同时还担任“IBM-斯坦福自旋电子研究中心”联席主席，致力于研究下一代先进半导体设备。
“这同时也是中国芯片业唯一一个可超前的机会，政府、科研机构和产业界应积极行动起来。”张首晟说，如果到时还是跟在别人后面、被动购买专利，那么中国在芯片业将几乎没有翻身机会。
当“摩尔定律”失效
《21世纪》：摩尔定律被IT业奉为圭臬，全球芯片技术、产业界基本都是在这一固定原理下运行，你基于哪些因素判断，现在全球芯片业正经历一个转型期？
张首晟：在过去差不多六十多年中，摩尔定律不断解决了很多问题，但发展到今天，芯片业根本性的瓶颈已经显露，即如果按摩尔定律的原理，芯片将不可能再按原来速度发展。估计在2015-2020年左右，芯片的升级速率会慢慢停止。对全球来说，这是一个比较危机的时间点。
当然，这也是一个转机。美国政府很早就看到了这一点，目前已在创新发展方面进行很多投资，美国研究机构在此方面也做了大量布局，希望能在这个重新洗牌期率先找到一个新原理来工作。
《21世纪》：瓶颈由何而生？
张首晟：这一根本性瓶颈是：如果我们仍按原来的原理工作，电脑每做一次运算，芯片每个三极管都要发出一定热量，而每过18个月三极管上面就要 Double一次，这是一个指数增长的概念。指数增长很可怕，虽然一个三极管本身散发热量不多，但上面放那么多三极管，而芯片大小始终没有太多改变。
事实上，有关如何降低功耗的问题现在已迫在眉睫，再发展下去，芯片将无法正常工作。为此，工程师已想尽几乎一切解决办法，但这是一个根本性的问题，每做一次运算，必然就会出现这样的结果。
所以现在工业界的挑战或者说科研界的机会就在于，是否能找到一个比较有革新性的构想，使工业界用一个全新原理工作，让三极管根本不会散出那么多热量。
《21世纪》：目前美国是否已经找到根本性的解决方案，可能的方向是在哪里？
张首晟：如果要真正从根本上解决这一问题，选择肯定不会太多，因为能想到的基本都已经想过了，而我们说电子工业最终还必须建立在电子上。通常来说，我们是通过电子所在的电流来做集成电路，而基于我们以往所发现和知道的电子特性，小革新仍会有，但重大的革命机会已不会太多。
《21世纪》：在这种情况下，如何让电子工业最终仍建立在电子上？
张首晟：必须注意电子仍是电子，它就是这些性质，不可能去空想出一个新性质。我们现在所使用的一个新思想是：电子除具有带电这一基本特性外，它还有另一性质，即它在一边运动时，同时还在做自转。这就如地球绕着太阳转，但地球本身也在自转。
自转是电子本身所固有的另一性质，而这一固定性质可以用来作为研究的原理和新方向。这可能也是目前大家最热、最集中投资的一个方向，即通过电子自旋来做逻辑运算。
“电子自转”会颠覆什么？
《21世纪》：“电子自旋”怎么做逻辑运算，这一原理的运作方式是怎样的？
张首晟：在运动过程中，电流本身是比较有规律的，即从左边到右边，但在半导体中，电子的运动基本为无序。比如说，假设我们面前的这个桌子是一个芯片，那么当电流要从桌子这一头传到另一头时，就如同我们要走过一个非常杂乱无章的迪斯科舞厅──你(电子)总是会不断碰撞到别人，由此，你(电子)本身具备的能量也在这一过程中被消耗。
所以我们一直在思考，大自然是否可能存在一种比较漂亮的跳舞方式让电子在里面运动，即电子是否能有一种更有序的运动形式。如果能找到，就意味我们能更好地控制热量或根本不会有热量散出来，因为电子不需经常碰来碰去就不会有很多热量消耗。
《21世纪》：你从2003年开始就在做这方面的研究，你们发现了什么？
张首晟：到2006年有一个重大突破，即找到了电子的一个运动循环规律。我们发现，电子自转方向与电流方向实际上有一定规律。这样的话，相当于运动时大家有一定默契，电子在运动中就不会互相乱碰撞。
这一规律已在实验上被证实。接下来的一步是希望能向工业化，但整个东西要投入工业大概差不多还需要五年时间，所以这是一个非常紧迫的历史机遇。
另外一点，规律虽然已被找到，但目前仍须在特殊条件下才能实现：首先它的材料不是硅，是另外一种材料，我们所找到的还比较特殊，两个基本元素 Hg(贡)和Te(碲)，它们在自然界也有，但要做得比较好的话需人工合成;而另一个条件就是，温度相对来说还较低。
《21世纪》：对于产业界而言，这是一种怎样的机遇？美国工业界，比如一些大公司是否已经行动起来？
张首晟：这是一个全球重新洗牌机会，或者说是在白纸上面画最新的图案。这一机遇的重要性可能相当于当年集成电路的发明。人类芯片史上有以下几个革命：真空管、晶体管和集成电路，但其实从集成电路到现在，一直都没有一个大的变化。
目前，美国产业界基本上还是在原来模式下做更多进步，但针对这一重新洗牌机会，也已联合起来共同给大学和科研机构资金。这是美国惯常的一个做法，即由政府和工业界联合起来支持大学研究机构。
我认为中国半导体工业也一定要有这样的超前意识，不能整天打价格战，说我们这里便宜你们就过来。现在看来，这并不是一个很成功的模式。
中国机会
《21世纪》：但目前全球芯片产业格局已基本成型，中国还能在这一新方向上有所作为吗？
张首晟：我们今天谈的更多是非常前端的创新，在这方面虽然中国一直非常注重，但总的来说并不成功。我希望强调的是，这一重新洗牌的机会也是中国芯片业唯一一个可以超前的机会。而往往洗牌的机会都是在规则改变时，如果大家都在循规蹈矩，那将永远也超越不了。比如说台湾地区，其在上世纪60-70年代抓住了芯片的设计与代工相脱节的机遇，赚了很多钱。中国大陆这么多年来，基本上是在用政府的良好政策和较低的人工成本来拷贝这一模式。
但我更愿意认为，中国也能在这一最新机遇中找到比较新的机会。除在斯坦福工作，我也经常访问中国的大学，联系和合作比较紧密的是清华大学及中科院物理所。我发现他们在这方面跟得很紧，做的实验也很漂亮。
中国科研人员很聪明，人数也很多。我还发现一个特点，即只要知道了一个努力的基本方向，中国会跟得很快。就电子自旋学来说，中国科研界在寻找更容易生产的材料以及把工作的温度提得更高两个方面，已经做了很多。
《21世纪》：中国芯片企业在这方面应该怎样布局？
张首晟：我想首先要做的事情是：把产业和科研较紧密联系起来。在这方面，美国一直做得比较好。比如说上述的研究项目，英特尔在其中有很多投资。
但这一投资不单是给一些钱，其实这些钱政府也完全可以单独给，但一旦英特尔投了一点、政府再跟进的话，英特尔就已通过此举作了一定选择。这样一来，科研机构要做下一步发展，比如我们在做很多方案时，英特尔作为股东就会在此时提出非常关键性的“反馈”。
《21世纪》：作为科研机构，你们怎么在不同的芯片公司之间进行选择？
张首晟：英特尔、AMD和IBM等六大公司虽然有竞争关系，但他们的竞争主要是在如何把产品做得更好。他们唯一不想的是：竞争对手有了之后把我摒弃在外。
我们所做的是知识产权方面的战略，这个知识产权在六个公司之内共享，然后大家可以就谁能把这个东西做得更好展开竞争。这六个公司中，不具备排他性，但中国不在里面。
《21世纪》：如果现在中国的芯片公司想做第“七”个，是否可以？
张首晟：这是一个很好的idea。但这样的合作在历史上没有过，这不是因为有什么限制，主要还是公司自身做得不够好。
还有一层原因是，如果公司整天都忙于打价格战，自然也不可能有远见来考虑如何让自己翻身。
这种合作模式对企业而言还有另外一个好处。我们现在在斯坦福做的可能还是一个比较实验性的工作，但我们的学生毕业后大部分会去公司，因为他们平时做研究时就与公司保持紧密联系，这样一旦做成，最后的开花结果可能还是在公司里面。中国在产学研相结合的问题上一定要迈出这一步。
《21世纪》：政府可以在其中起到什么样的作用？
张首晟：中国政府现在很有钱，完全可以来做这方面的研究和投资，但我认为最好的方式还是要比较有意识地与工业界联系起来，使后者也成为一个股东，不用承担太大风险。
我们现在已经有一些知识产权，但一个东西要做成一个行业需要成百上千个专利，中国仍有机会介入。但你如果不做的话，让美国又把整个领域占领，到时候中国将又碰到同样的问题——跟在后面、花很多钱去买专利。（21世纪经济报道）摩尔定律已死？
“宛如在白纸上作画，芯片业正面临一个全球洗牌的机会。”旧金山时间1月22日，斯坦福大学应用物理学和电机工程系教授张首晟在接受本报记者独家专访时，将矛头直指IT业奉为圭臬的摩尔定律。
英特尔创始人之一戈登·摩尔在上世纪60年代初提出：集成电路上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，而性能也将提升一倍。半个世纪以来，这一定律见证了人类信息技术前进的脚步，也养肥了芯片业的巨无霸——英特尔。
2003年，为应对摩尔定律即将失效的问题，张首晟等在2003年组建了“IBM- 斯坦福自旋电子研究中心”，并于2006年将其基于芯片业未来提出的新构想——通过电子的自转来降低其能耗——在理论上完成了预演。2007年，这一新构想被德国的一个实验小组通过实验证明。同年，张首晟的这一发现被评为“全球十大重要科学突破”之一。
作为斯坦福最年轻的正教授，张首晟以其在半导体和超导方面的研究获得国际公认，并在《科学》、《自然》等期刊上发表论文100多篇。张同时还担任“IBM-斯坦福自旋电子研究中心”联席主席，致力于研究下一代先进半导体设备。
“这同时也是中国芯片业唯一一个可超前的机会，政府、科研机构和产业界应积极行动起来。”张首晟说，如果到时还是跟在别人后面、被动购买专利，那么中国在芯片业将几乎没有翻身机会。
当“摩尔定律”失效
《21世纪》：摩尔定律被IT业奉为圭臬，全球芯片技术、产业界基本都是在这一固定原理下运行，你基于哪些因素判断，现在全球芯片业正经历一个转型期？
张首晟：在过去差不多六十多年中，摩尔定律不断解决了很多问题，但发展到今天，芯片业根本性的瓶颈已经显露，即如果按摩尔定律的原理，芯片将不可能再按原来速度发展。估计在2015-2020年左右，芯片的升级速率会慢慢停止。对全球来说，这是一个比较危机的时间点。
当然，这也是一个转机。美国政府很早就看到了这一点，目前已在创新发展方面进行很多投资，美国研究机构在此方面也做了大量布局，希望能在这个重新洗牌期率先找到一个新原理来工作。
《21世纪》：瓶颈由何而生？
张首晟：这一根本性瓶颈是：如果我们仍按原来的原理工作，电脑每做一次运算，芯片每个三极管都要发出一定热量，而每过18个月三极管上面就要 Double一次，这是一个指数增长的概念。指数增长很可怕，虽然一个三极管本身散发热量不多，但上面放那么多三极管，而芯片大小始终没有太多改变。
事实上，有关如何降低功耗的问题现在已迫在眉睫，再发展下去，芯片将无法正常工作。为此，工程师已想尽几乎一切解决办法，但这是一个根本性的问题，每做一次运算，必然就会出现这样的结果。
所以现在工业界的挑战或者说科研界的机会就在于，是否能找到一个比较有革新性的构想，使工业界用一个全新原理工作，让三极管根本不会散出那么多热量。
《21世纪》：目前美国是否已经找到根本性的解决方案，可能的方向是在哪里？
张首晟：如果要真正从根本上解决这一问题，选择肯定不会太多，因为能想到的基本都已经想过了，而我们说电子工业最终还必须建立在电子上。通常来说，我们是通过电子所在的电流来做集成电路，而基于我们以往所发现和知道的电子特性，小革新仍会有，但重大的革命机会已不会太多。
《21世纪》：在这种情况下，如何让电子工业最终仍建立在电子上？
张首晟：必须注意电子仍是电子，它就是这些性质，不可能去空想出一个新性质。我们现在所使用的一个新思想是：电子除具有带电这一基本特性外，它还有另一性质，即它在一边运动时，同时还在做自转。这就如地球绕着太阳转，但地球本身也在自转。
自转是电子本身所固有的另一性质，而这一固定性质可以用来作为研究的原理和新方向。这可能也是目前大家最热、最集中投资的一个方向，即通过电子自旋来做逻辑运算。
“电子自转”会颠覆什么？
《21世纪》：“电子自旋”怎么做逻辑运算，这一原理的运作方式是怎样的？
张首晟：在运动过程中，电流本身是比较有规律的，即从左边到右边，但在半导体中，电子的运动基本为无序。比如说，假设我们面前的这个桌子是一个芯片，那么当电流要从桌子这一头传到另一头时，就如同我们要走过一个非常杂乱无章的迪斯科舞厅──你(电子)总是会不断碰撞到别人，由此，你(电子)本身具备的能量也在这一过程中被消耗。
所以我们一直在思考，大自然是否可能存在一种比较漂亮的跳舞方式让电子在里面运动，即电子是否能有一种更有序的运动形式。如果能找到，就意味我们能更好地控制热量或根本不会有热量散出来，因为电子不需经常碰来碰去就不会有很多热量消耗。
《21世纪》：你从2003年开始就在做这方面的研究，你们发现了什么？
张首晟：到2006年有一个重大突破，即找到了电子的一个运动循环规律。我们发现，电子自转方向与电流方向实际上有一定规律。这样的话，相当于运动时大家有一定默契，电子在运动中就不会互相乱碰撞。
这一规律已在实验上被证实。接下来的一步是希望能向工业化，但整个东西要投入工业大概差不多还需要五年时间，所以这是一个非常紧迫的历史机遇。
另外一点，规律虽然已被找到，但目前仍须在特殊条件下才能实现：首先它的材料不是硅，是另外一种材料，我们所找到的还比较特殊，两个基本元素 Hg(贡)和Te(碲)，它们在自然界也有，但要做得比较好的话需人工合成;而另一个条件就是，温度相对来说还较低。
《21世纪》：对于产业界而言，这是一种怎样的机遇？美国工业界，比如一些大公司是否已经行动起来？
张首晟：这是一个全球重新洗牌机会，或者说是在白纸上面画最新的图案。这一机遇的重要性可能相当于当年集成电路的发明。人类芯片史上有以下几个革命：真空管、晶体管和集成电路，但其实从集成电路到现在，一直都没有一个大的变化。
目前，美国产业界基本上还是在原来模式下做更多进步，但针对这一重新洗牌机会，也已联合起来共同给大学和科研机构资金。这是美国惯常的一个做法，即由政府和工业界联合起来支持大学研究机构。
我认为中国半导体工业也一定要有这样的超前意识，不能整天打价格战，说我们这里便宜你们就过来。现在看来，这并不是一个很成功的模式。
中国机会
《21世纪》：但目前全球芯片产业格局已基本成型，中国还能在这一新方向上有所作为吗？
张首晟：我们今天谈的更多是非常前端的创新，在这方面虽然中国一直非常注重，但总的来说并不成功。我希望强调的是，这一重新洗牌的机会也是中国芯片业唯一一个可以超前的机会。而往往洗牌的机会都是在规则改变时，如果大家都在循规蹈矩，那将永远也超越不了。比如说台湾地区，其在上世纪60-70年代抓住了芯片的设计与代工相脱节的机遇，赚了很多钱。中国大陆这么多年来，基本上是在用政府的良好政策和较低的人工成本来拷贝这一模式。
但我更愿意认为，中国也能在这一最新机遇中找到比较新的机会。除在斯坦福工作，我也经常访问中国的大学，联系和合作比较紧密的是清华大学及中科院物理所。我发现他们在这方面跟得很紧，做的实验也很漂亮。
中国科研人员很聪明，人数也很多。我还发现一个特点，即只要知道了一个努力的基本方向，中国会跟得很快。就电子自旋学来说，中国科研界在寻找更容易生产的材料以及把工作的温度提得更高两个方面，已经做了很多。
《21世纪》：中国芯片企业在这方面应该怎样布局？
张首晟：我想首先要做的事情是：把产业和科研较紧密联系起来。在这方面，美国一直做得比较好。比如说上述的研究项目，英特尔在其中有很多投资。
但这一投资不单是给一些钱，其实这些钱政府也完全可以单独给，但一旦英特尔投了一点、政府再跟进的话，英特尔就已通过此举作了一定选择。这样一来，科研机构要做下一步发展，比如我们在做很多方案时，英特尔作为股东就会在此时提出非常关键性的“反馈”。
《21世纪》：作为科研机构，你们怎么在不同的芯片公司之间进行选择？
张首晟：英特尔、AMD和IBM等六大公司虽然有竞争关系，但他们的竞争主要是在如何把产品做得更好。他们唯一不想的是：竞争对手有了之后把我摒弃在外。
我们所做的是知识产权方面的战略，这个知识产权在六个公司之内共享，然后大家可以就谁能把这个东西做得更好展开竞争。这六个公司中，不具备排他性，但中国不在里面。
《21世纪》：如果现在中国的芯片公司想做第“七”个，是否可以？
张首晟：这是一个很好的idea。但这样的合作在历史上没有过，这不是因为有什么限制，主要还是公司自身做得不够好。
还有一层原因是，如果公司整天都忙于打价格战，自然也不可能有远见来考虑如何让自己翻身。
这种合作模式对企业而言还有另外一个好处。我们现在在斯坦福做的可能还是一个比较实验性的工作，但我们的学生毕业后大部分会去公司，因为他们平时做研究时就与公司保持紧密联系，这样一旦做成，最后的开花结果可能还是在公司里面。中国在产学研相结合的问题上一定要迈出这一步。
《21世纪》：政府可以在其中起到什么样的作用？
张首晟：中国政府现在很有钱，完全可以来做这方面的研究和投资，但我认为最好的方式还是要比较有意识地与工业界联系起来，使后者也成为一个股东，不用承担太大风险。
我们现在已经有一些知识产权，但一个东西要做成一个行业需要成百上千个专利，中国仍有机会介入。但你如果不做的话，让美国又把整个领域占领，到时候中国将又碰到同样的问题——跟在后面、花很多钱去买专利。（21世纪经济报道）
物理所退相干对量子自旋霍尔效应的影响研究取得新进展
作者: 发表时间:2009-10-14 摘自:中科院物理研究所
拓扑绝缘体是现代凝聚态物理中的一个重要研究主题。从电子能带结构上来说，拓扑绝缘态不能用传统的“金属”，“绝缘体”来描述；而是一种全新的物质态。它的体电子态是有能隙的绝缘态；但它的表面（对三维体系）或者边缘（对二维体系）电子态则是零能隙有手性的金属态。由强磁场引起的量子霍尔效应是第一类被发现的拓扑绝缘态。它的发现已对现代物理学产生了深远的影响，并二次共四人从而获得诺贝尔奖。最近几年人们陆续预言并实验发现几种二维或三维材料在特定条件下会形成新的拓扑绝缘态。这类拓扑绝缘态由材料的强自旋轨道耦合引起，不破坏时间反演对称性，被称为Z2类拓扑绝缘态。量子自旋霍尔效应是最早被实验证实的二维该类拓扑绝缘体。在量子自旋霍尔样品中，由于强自旋轨道耦合，载流子只能沿着样品边缘传输，但是对于不同自旋的载流子来说它们的传输方向完全相反。量子自旋霍尔效应最早由Pennsylvania 大学的Kane和Mele在单层石墨烯样品中提出【Phys.Rev.Lett.95,226801(2005);95,146802 (2005)】。很快被斯坦福大学的张守晟研究组推广到HgTe/CdTe 量子阱体系【Science 314,1757(2006)】，并在非常短的时间内被德国的Laurens Molenkamp研究组实验证实【Science 318,766(2007)】。在他们的实验中，他们测量了纵向电阻。在介观样品中他们观测到量子化的纵向电阻平台，从而间接证实了量子自旋霍尔效应和拓扑性质。但是该量子化平台仅仅出现在介观尺度样品中；当样品尺度变大时，尽管平台属性还能够保持，但是其值已经远远偏离量子化值。而在第一类拓扑绝缘体（即量子霍尔效应）中，量子化霍尔平台能够在宏观尺度被观测到。
在近五年来，中国科学院物理研究所T04组对量子自旋霍尔效应和自旋电子学开展深入研究。并取得了一系列的成果：提出自旋流产生的方法【Phys. Rev.Lett.90,258301(2003), Appl.Phys.Lett.83,1397(2003)】和自旋流探测方法【Phys.Rev.B 77,195313(2008), Appl.Phys.Lett. 93, 142107 (2008)】、给出自旋流的定义【Phys.Rev.B 72,245305(2005)】、研究自旋霍尔效应的性质【Phys.Rev.Lett. 97,066603(2006), Phys.Rev.B 75,075324(2007), Phys.Rev. B 77,115346(2008)】、发现自旋流能产生电场【Phys.Rev.B 69,054409(2004)】、以及预言有自旋轨道耦合的体系存在持续自旋流【Phys.Rev.Lett. 98,196801(2007), Phys.Rev.B 77,035327(2008)】、等等。
最近，该组的成员谢心澄，孙庆丰和博士生江华，成淑光在前期的工作基础上，进一步的研究了退相干对量子自旋霍尔效应的影响。他们把退相干分成二类来考虑：一类是普通退相干，即载流子仅仅丢失位相记忆，但保留自旋记忆，例如由电子-电子相互作用、电-声子相互作用等引起的退相干；另一类是自旋退相干，即载流子既丢失位相记忆也丢失自旋记忆，例如由磁性杂质，核自旋等引起的退相干。他们的研究发现：普通退相干对量子自旋霍尔效应几乎没有影响，但自旋退相干急剧影响量子自旋霍尔效应，破坏纵向电导的量子化。如图1所示，随着普通退相干变大时，纵向电阻的量子化平台几乎不变；但是当体系有自旋退相干时，纵向电阻强烈增加。由于在实验体系中，或多或少存在自旋退相干，使得纵向量子化电导平台只能在介观尺度被观测到，这很好的解说了最近的实验观测结果。再者他们发现纵向电阻随样品长度线性增加而基本上不依赖于样品宽度的变化，这些特性也与实验结果很好符合。另外，他们进一步的引入一个新的物理量，即一个新的自旋霍尔电阻，并发现该自旋霍尔电阻也能表现出量子化平台的特性。特别是，他们研究结果表明该自旋霍尔电阻的量子化平台对两种类型的退相干都不敏感（见图 2）。也就是说这量子化平台在宏观样品中也能被观测到，所以它能全面反应量子自旋霍尔效应的拓扑特性。该工作最近发表在 【Physical Review Letter 103, 036803(2009)】。这些工作得到基金委的面上项目、重点项目和杰出青年项目的资助。
作者: 发表时间:2009-10-14 摘自:中科院物理研究所
拓扑绝缘体是现代凝聚态物理中的一个重要研究主题。从电子能带结构上来说，拓扑绝缘态不能用传统的“金属”，“绝缘体”来描述；而是一种全新的物质态。它的体电子态是有能隙的绝缘态；但它的表面（对三维体系）或者边缘（对二维体系）电子态则是零能隙有手性的金属态。由强磁场引起的量子霍尔效应是第一类被发现的拓扑绝缘态。它的发现已对现代物理学产生了深远的影响，并二次共四人从而获得诺贝尔奖。最近几年人们陆续预言并实验发现几种二维或三维材料在特定条件下会形成新的拓扑绝缘态。这类拓扑绝缘态由材料的强自旋轨道耦合引起，不破坏时间反演对称性，被称为Z2类拓扑绝缘态。量子自旋霍尔效应是最早被实验证实的二维该类拓扑绝缘体。在量子自旋霍尔样品中，由于强自旋轨道耦合，载流子只能沿着样品边缘传输，但是对于不同自旋的载流子来说它们的传输方向完全相反。量子自旋霍尔效应最早由Pennsylvania 大学的Kane和Mele在单层石墨烯样品中提出【Phys.Rev.Lett.95,226801(2005);95,146802 (2005)】。很快被斯坦福大学的张守晟研究组推广到HgTe/CdTe 量子阱体系【Science 314,1757(2006)】，并在非常短的时间内被德国的Laurens Molenkamp研究组实验证实【Science 318,766(2007)】。在他们的实验中，他们测量了纵向电阻。在介观样品中他们观测到量子化的纵向电阻平台，从而间接证实了量子自旋霍尔效应和拓扑性质。但是该量子化平台仅仅出现在介观尺度样品中；当样品尺度变大时，尽管平台属性还能够保持，但是其值已经远远偏离量子化值。而在第一类拓扑绝缘体（即量子霍尔效应）中，量子化霍尔平台能够在宏观尺度被观测到。
在近五年来，中国科学院物理研究所T04组对量子自旋霍尔效应和自旋电子学开展深入研究。并取得了一系列的成果：提出自旋流产生的方法【Phys. Rev.Lett.90,258301(2003), Appl.Phys.Lett.83,1397(2003)】和自旋流探测方法【Phys.Rev.B 77,195313(2008), Appl.Phys.Lett. 93, 142107 (2008)】、给出自旋流的定义【Phys.Rev.B 72,245305(2005)】、研究自旋霍尔效应的性质【Phys.Rev.Lett. 97,066603(2006), Phys.Rev.B 75,075324(2007), Phys.Rev. B 77,115346(2008)】、发现自旋流能产生电场【Phys.Rev.B 69,054409(2004)】、以及预言有自旋轨道耦合的体系存在持续自旋流【Phys.Rev.Lett. 98,196801(2007), Phys.Rev.B 77,035327(2008)】、等等。
最近，该组的成员谢心澄，孙庆丰和博士生江华，成淑光在前期的工作基础上，进一步的研究了退相干对量子自旋霍尔效应的影响。他们把退相干分成二类来考虑：一类是普通退相干，即载流子仅仅丢失位相记忆，但保留自旋记忆，例如由电子-电子相互作用、电-声子相互作用等引起的退相干；另一类是自旋退相干，即载流子既丢失位相记忆也丢失自旋记忆，例如由磁性杂质，核自旋等引起的退相干。他们的研究发现：普通退相干对量子自旋霍尔效应几乎没有影响，但自旋退相干急剧影响量子自旋霍尔效应，破坏纵向电导的量子化。如图1所示，随着普通退相干变大时，纵向电阻的量子化平台几乎不变；但是当体系有自旋退相干时，纵向电阻强烈增加。由于在实验体系中，或多或少存在自旋退相干，使得纵向量子化电导平台只能在介观尺度被观测到，这很好的解说了最近的实验观测结果。再者他们发现纵向电阻随样品长度线性增加而基本上不依赖于样品宽度的变化，这些特性也与实验结果很好符合。另外，他们进一步的引入一个新的物理量，即一个新的自旋霍尔电阻，并发现该自旋霍尔电阻也能表现出量子化平台的特性。特别是，他们研究结果表明该自旋霍尔电阻的量子化平台对两种类型的退相干都不敏感（见图 2）。也就是说这量子化平台在宏观样品中也能被观测到，所以它能全面反应量子自旋霍尔效应的拓扑特性。该工作最近发表在 【Physical Review Letter 103, 036803(2009)】。这些工作得到基金委的面上项目、重点项目和杰出青年项目的资助。
怎么看都像是忽悠风投的
风投就是干这个的，10个里面1-2个成功就能赚回来，要不怎么叫风投？
自旋电子学，老张也开始忽悠中国政府了。。还是有点希望的
我是不懂的啦。但似乎看起来蛮不错。中国的企业科技界要投入呀！
电子自旋？他拿什么物质的电子出来自己在那旋？电子是会自旋，但是人家是在原子轨道上，有什么办法侦测？
{:2_60:}这个真不懂，是不是忽悠
嗯，反正是忽悠政府的，大家就当打酱油的吧。
这个东西能不能活下去都还难说呢。
这个东西能不能活下去都还难说呢。
uuk 发表于 2010-1-31 19:16 
用带自旋极化的材料吧
用带自旋极化的材料吧
老话说的好，宁可信其有 不可信其无
uuk 发表于 2010-1-31 19:16
回复 9# yaoyuan7310
忽悠谈不上，自旋电子学也搞了好久了，老张在世界上也是首屈一指的科学家，还是有点准的。离实用还远，中国加大在这方面的基础研究投入还是应该的，可以搞个973项目
忽悠谈不上，自旋电子学也搞了好久了，老张在世界上也是首屈一指的科学家，还是有点准的。离实用还远，中国加大在这方面的基础研究投入还是应该的，可以搞个973项目
yaoyuan7310 发表于 2010-1-31 22:04
bluefleet 发表于 2010-2-1 06:57
这种东西，最大的难点在于材料制备的可靠性。
5年前我追踪过稀磁半导体，当时，一个根本的问题是，怎么证明磁性原子是以掺杂的形式（doping）在半导体的晶格中，而不是形成了团蔟。光靠磁性表征是不能说明问题的，XRD和TEM都无法看清十几个原子的磁性团蔟。如果不能证明是doping，那么它的输运机制就不见得是空穴传导吧。
5年前我追踪这个方向的时候，上述问题是一个核心问题，不知道现在有什么方法来解决了。
这个可以借鉴硅中的B，P掺杂。这种掺杂已经被各种间接方法证明是晶格掺杂了。稀磁半导体目前似乎还没有这么可靠的证据。
其他的自旋电子学材料我就不懂了。
这种东西，最大的难点在于材料制备的可靠性。
5年前我追踪过稀磁半导体，当时，一个根本的问题是，怎么证明磁性原子是以掺杂的形式（doping）在半导体的晶格中，而不是形成了团蔟。光靠磁性表征是不能说明问题的，XRD和TEM都无法看清十几个原子的磁性团蔟。如果不能证明是doping，那么它的输运机制就不见得是空穴传导吧。
5年前我追踪这个方向的时候，上述问题是一个核心问题，不知道现在有什么方法来解决了。
这个可以借鉴硅中的B，P掺杂。这种掺杂已经被各种间接方法证明是晶格掺杂了。稀磁半导体目前似乎还没有这么可靠的证据。
其他的自旋电子学材料我就不懂了。
bessel 发表于 2010-2-1 08:29
请参考著名的碳纳米管。
请参考著名的碳纳米管。
当年高温超导出来的时候，一样有一堆大牛出来声称要改变世界；当年碳纳米管出来的时候，一样有一堆大牛说摩尔定理没用了；单电子器件出来的时候，一样有无数人写proposal说只要给我足够的钱，我就能改写历史。声称了20年有了吧？如何呢？
自旋电子学就比它们更神？
自旋电子学就比它们更神？
这个和超导有点类似？
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 09:45
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 09:41
IBM当时搞的磁存储器说是已经到了128MB，接近实用化了，可是十年了，还是没有太大的实际进展。
不过基础研究本来就是广种薄收。
不过基础研究本来就是广种薄收。
100个理论成果能出1个应用就不错了,其他的存论文库里留待后人挖掘,这就叫做知识的积累....
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 09:45
你想等到结果出来大家都能看清楚再投入那时候黄花菜都凉了。前沿领域投入本来就是高风险的，常常是多种技术多种路径同时存在的，谁也不能保证自己就是最后的赢家。以前的闪存，等离子和液晶显示，3G标准，现在的各种电池，太阳能等，常常能看到谁谁宣称自己突破了，特别国内小编最喜欢搞个革命性标题吸引点击。就连编程语言现在也接二连三的出来，哪个会成为真命天子，网上照例是吵闹不休。在结果出来之前，没法知道哪个是赢家，压错宝算你倒霉，但是不投入是连个指望都没有，有钱的大公司常常是到处押宝。
具体到集成电路，功耗确实早已经是瓶颈，现有技术存在极限是肯定的，不管具体是多少nm总是要快到头了，这点很清楚。解决方法根本上来说肯定是要往更微观的方向。
碳纳米管现在应该是在各领域蓬勃发展中，只是具体应用出现的还不多，还没到时间。
你想等到结果出来大家都能看清楚再投入那时候黄花菜都凉了。前沿领域投入本来就是高风险的，常常是多种技术多种路径同时存在的，谁也不能保证自己就是最后的赢家。以前的闪存，等离子和液晶显示，3G标准，现在的各种电池，太阳能等，常常能看到谁谁宣称自己突破了，特别国内小编最喜欢搞个革命性标题吸引点击。就连编程语言现在也接二连三的出来，哪个会成为真命天子，网上照例是吵闹不休。在结果出来之前，没法知道哪个是赢家，压错宝算你倒霉，但是不投入是连个指望都没有，有钱的大公司常常是到处押宝。
具体到集成电路，功耗确实早已经是瓶颈，现有技术存在极限是肯定的，不管具体是多少nm总是要快到头了，这点很清楚。解决方法根本上来说肯定是要往更微观的方向。
碳纳米管现在应该是在各领域蓬勃发展中，只是具体应用出现的还不多，还没到时间。
我比较注意的另一个是他提到美国在产学研联系上做的比较好，中国这方面需要突破。最近刚好国内搞了个“集成电路封测产业链技术创新联盟"，我觉得相对单项技术或者单个领域的突破，这管理和机制上的突破同样具有战略意义，甚至更重要，因为资源效率高了会涉及到所有的领域，是基础性的。
参看这帖http://bbs.cjdby.net/thread-784538-1-2.html，当然zf做了什么照例不会少了为反对而反对的脑残出来骂的，4楼那个直接就来两字“吹吧”，我估计他连看都没看，直接来骂的。
参看这帖http://bbs.cjdby.net/thread-784538-1-2.html，当然zf做了什么照例不会少了为反对而反对的脑残出来骂的，4楼那个直接就来两字“吹吧”，我估计他连看都没看，直接来骂的。
bessel 发表于 2010-2-1 10:18
如果你把GMR归结为自旋电子学的话，我就不跟你争什么了。
半导体这块，和巨磁阻还是不一样的。
如果你把GMR归结为自旋电子学的话，我就不跟你争什么了。
半导体这块，和巨磁阻还是不一样的。
潇声客 发表于 2010-2-1 12:07
呵呵，多少年前科学家们就在叫嚣光刻技术要死了，结果死掉的确是那些当时号称要替代光科技术的东西。一个技术有没有前途，不是科学家们说了算的，是工程师们说了算的。
如果你把碳纳米管的文献从Iijima的文章看到现在的话，你就知道碳纳米管的前途是什么样子了。大家已经开始玩奇技淫巧，走旁门左道了。
呵呵，多少年前科学家们就在叫嚣光刻技术要死了，结果死掉的确是那些当时号称要替代光科技术的东西。一个技术有没有前途，不是科学家们说了算的，是工程师们说了算的。
如果你把碳纳米管的文献从Iijima的文章看到现在的话，你就知道碳纳米管的前途是什么样子了。大家已经开始玩奇技淫巧，走旁门左道了。
具体到集成电路，功耗确实早已经是瓶颈，现有技术存在极限是肯定的，不管具体是多少nm总是要快到头了，这点很清楚。解决方法根本上来说肯定是要往更微观的方向。
----------------------------
这一点貌似清楚，实际上是很不清楚！
20年前的科学家就认为100纳米以下很难用硅工艺完成集成电路器件的制作，现在呢？
功耗真的有那么吓人？自打多核技术出现，搞集成电路散热设计的热潮就此over了。多核技术降低了单个CPU的功耗和散热需求。另外，Intel一直在努力的解决漏电流的问题，因为有不少的功耗是通过漏电流转化成了无用的热，即浪费了功耗，还增加了散热难度。它们现在好像解决的还不错。至少现在CPU的散热问题已经不想单核时代那么紧迫了。
碳纳米管为什么全面开花？就是因为在微电子领域已经吃不开了，所以大家只好用它到处去别的地方去刨食吃，从太阳能到传感器到治疗癌症。要知道，全世界搞CNT的人好几万，大家总要找funding吃饭吧？所以就去各个领域各显神通了。
----------------------------
这一点貌似清楚，实际上是很不清楚！
20年前的科学家就认为100纳米以下很难用硅工艺完成集成电路器件的制作，现在呢？
功耗真的有那么吓人？自打多核技术出现，搞集成电路散热设计的热潮就此over了。多核技术降低了单个CPU的功耗和散热需求。另外，Intel一直在努力的解决漏电流的问题，因为有不少的功耗是通过漏电流转化成了无用的热，即浪费了功耗，还增加了散热难度。它们现在好像解决的还不错。至少现在CPU的散热问题已经不想单核时代那么紧迫了。
碳纳米管为什么全面开花？就是因为在微电子领域已经吃不开了，所以大家只好用它到处去别的地方去刨食吃，从太阳能到传感器到治疗癌症。要知道，全世界搞CNT的人好几万，大家总要找funding吃饭吧？所以就去各个领域各显神通了。
潇声客 发表于 2010-2-1 12:15
中国在这一点上的确要突破，但是突破的动力必须来自企业，而不是政府。政府的任务是扶持，而不是领导。是让利，而不是争利。另外要树立正确的价值观念：工程师和科学家一样NB。
中国在这一点上的确要突破，但是突破的动力必须来自企业，而不是政府。政府的任务是扶持，而不是领导。是让利，而不是争利。另外要树立正确的价值观念：工程师和科学家一样NB。
这一点貌似清楚，实际上是很不清楚！
20年前的科学家就认为100纳米以下很难用硅工艺完成集成电路器件的制作，现在呢？
功耗真的有那么吓人？自打多核技术出现，搞集成电路散热设计的热潮就此over了。多核技术降低了单个CPU的功耗和散热需求。另外，Intel一直在努力的解决漏电流的问题，因为有不少的功耗是通过漏电流转化成了无用的热，即浪费了功耗，还增加了散热难度。它们现在好像解决的还不错。至少现在CPU的散热问题已经不想单核时代那么紧迫了。
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 13:49
正相反，正是因为功耗没法解决，才被迫搞多核。这一转可把提升性能的代价转嫁给软件业了。Intel独立显卡300瓦，NV新显卡据说也是300瓦，这解决啥，是被压的喘不过气。22nm,15nm...你想想，到底能撑到多少nm，还能发展几代，还能发展几年。极限是不是就摆在那里。基础上突破到实际应用跨越几十年是很正常的，光纤传输提出来也是几十年前的事情。半导体业是不是需要现在就准备下一代的技术。
又没人规定碳纳米管技术只能用来造芯片。是你自己预设局限吧。芯片上的应用也在发展中，12月份就报道过美国某大学的进展，只是离实用还需要很长时间。
这一点貌似清楚，实际上是很不清楚！
20年前的科学家就认为100纳米以下很难用硅工艺完成集成电路器件的制作，现在呢？
功耗真的有那么吓人？自打多核技术出现，搞集成电路散热设计的热潮就此over了。多核技术降低了单个CPU的功耗和散热需求。另外，Intel一直在努力的解决漏电流的问题，因为有不少的功耗是通过漏电流转化成了无用的热，即浪费了功耗，还增加了散热难度。它们现在好像解决的还不错。至少现在CPU的散热问题已经不想单核时代那么紧迫了。
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 13:49
正相反，正是因为功耗没法解决，才被迫搞多核。这一转可把提升性能的代价转嫁给软件业了。Intel独立显卡300瓦，NV新显卡据说也是300瓦，这解决啥，是被压的喘不过气。22nm,15nm...你想想，到底能撑到多少nm，还能发展几代，还能发展几年。极限是不是就摆在那里。基础上突破到实际应用跨越几十年是很正常的，光纤传输提出来也是几十年前的事情。半导体业是不是需要现在就准备下一代的技术。
又没人规定碳纳米管技术只能用来造芯片。是你自己预设局限吧。芯片上的应用也在发展中，12月份就报道过美国某大学的进展，只是离实用还需要很长时间。
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 13:41
预测的东西没有全部准的。你能找出很多不准，但也能找出很多准的。说过去有多少预测错，所以哪个一定错，这逻辑不成立。
跟下棋一样的，你只看一步，那永远都是输家，要算多步，可能有漏算可能算错，但你还是得算，然后照算的去走。
预测的东西没有全部准的。你能找出很多不准，但也能找出很多准的。说过去有多少预测错，所以哪个一定错，这逻辑不成立。
跟下棋一样的，你只看一步，那永远都是输家，要算多步，可能有漏算可能算错，但你还是得算，然后照算的去走。
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 13:55
“集成电路封测产业链技术创新联盟"具体内容你没看吧。我是没看出来哪争利了，或是领导的太多了。
我觉得张说的对，美国在产学研的联系上做的好做的成功。国内现在这个“集成电路封测产业链技术创新联盟"，或许可以说是向美国学习，当然也不会完全相同。但是这样的形式，将企业资金，大学人才，市场需求等等很好的连接在一起，各项资源的运用效率会得到提高。
“集成电路封测产业链技术创新联盟"具体内容你没看吧。我是没看出来哪争利了，或是领导的太多了。
我觉得张说的对，美国在产学研的联系上做的好做的成功。国内现在这个“集成电路封测产业链技术创新联盟"，或许可以说是向美国学习，当然也不会完全相同。但是这样的形式，将企业资金，大学人才，市场需求等等很好的连接在一起，各项资源的运用效率会得到提高。
潇声客 发表于 2010-2-1 15:42
所以啊，看到科学家说的天花乱坠的时候，不能全信。
在这一点上，有什么可争吗？
所以啊，看到科学家说的天花乱坠的时候，不能全信。
在这一点上，有什么可争吗？
潇声客 发表于 2010-2-1 15:47
有多少钱，就去撒多大的网。中国现在是比以前有钱了，所以上门来要风投的人就多了。楼主的红字里面有一段写的就很清楚。
中国人要明白，如果自己的产品转化能力不提高上去的话，在基础研究方面的投资和成果统统都是欧美发达国家服务的。
有多少钱，就去撒多大的网。中国现在是比以前有钱了，所以上门来要风投的人就多了。楼主的红字里面有一段写的就很清楚。
中国人要明白，如果自己的产品转化能力不提高上去的话，在基础研究方面的投资和成果统统都是欧美发达国家服务的。
专贴一下我很久以前发在水木纳米版的一个帖子，不见得全面。
信人: yaoyuan7310 (师妹们快来看数学家群殴啊), 信区: NanoST
标 题: 纳米、创新及其他
发信站: 水木社区 (Fri May 16 21:45:49 2008), 转信
前几天有人找我，呵呵。说实话，离开学术科研有1年半，在公司里面做研发，有一些感受，想和大家交流一下。
1、纳米到底是不是有用的东西。这个和“科学是不是有用的东西”是不完全一样的命题。以我个人的感受，纳米更多是一个技术问题，其本质是一个应用的问题。那么，是不是在很多材料领域，必须用纳米才可以？在真正的应用中，产品要么是性能超群，要么是成本更低，才有生命力。通常而言，是性价比比现有的东西高才会有前途。那么纳米是否有这个优势。以碳纳米管为例，在结构复合材料方面，它在哪一点上比碳纤维强？我指的是实际的数据上。其他纳米材料也有类似的问题。我一直有一个观点，搞CNT的人要先明白碳纤维是怎么回事。搞纳米材料的人，要先搞明白传统材料，尤其是研究生在刚入手的时候。只有这样，才知道自己做的东西是否真的有价值，是否真的象大家所鼓吹的那么有价值。
2、创新。我们做paper为什么？看到那么多基金申请书，个个声称自己要解决高水平的问题。什么叫高水平的问题？发达国家研究者们努力要解决的问题就是高水平的问题。我们如果解决了，发在影响因子很高的杂志上，全世界的科学家都在崇拜我们，我们很牛气了，国家给我们的拨款物有所值了。然后呢？然后就是发达国家的工厂根据我们的文章制作出高技术的产品，我们再花钱从他们手里买过来。现在我们很多科学家们不就是在做这样的事情并引以为荣的吗？发达国家的学者要研究的课题，是在他们的国家有着深刻的应用背景的课题，如果有突破，就可以迅速的转化成产品。而我们呢？我们跟风，也觉得跟的风光的很，最后呢？相当于我们用老百姓纳税的钱替外国人解决问题，然后再花自己人的钱去买他们的产品。国家给我们钱就是让我们干这个的？真正的创新，应该是立足在我们自己的需求上面。而且我们自己的需求才有自己独特的地方，才更有可能出现创新的种子。如果说以前是没有办法，要交学费，要培养人，那么现在应该改一改了。
3、其实，我更想说的是一个价值观的问题。往大里说没太多意义，不妨往小里说。中国的科学家还是应该先解决中国人自己的问题，再去拯救世界的好。
信人: yaoyuan7310 (师妹们快来看数学家群殴啊), 信区: NanoST
标 题: 纳米、创新及其他
发信站: 水木社区 (Fri May 16 21:45:49 2008), 转信
前几天有人找我，呵呵。说实话，离开学术科研有1年半，在公司里面做研发，有一些感受，想和大家交流一下。
1、纳米到底是不是有用的东西。这个和“科学是不是有用的东西”是不完全一样的命题。以我个人的感受，纳米更多是一个技术问题，其本质是一个应用的问题。那么，是不是在很多材料领域，必须用纳米才可以？在真正的应用中，产品要么是性能超群，要么是成本更低，才有生命力。通常而言，是性价比比现有的东西高才会有前途。那么纳米是否有这个优势。以碳纳米管为例，在结构复合材料方面，它在哪一点上比碳纤维强？我指的是实际的数据上。其他纳米材料也有类似的问题。我一直有一个观点，搞CNT的人要先明白碳纤维是怎么回事。搞纳米材料的人，要先搞明白传统材料，尤其是研究生在刚入手的时候。只有这样，才知道自己做的东西是否真的有价值，是否真的象大家所鼓吹的那么有价值。
2、创新。我们做paper为什么？看到那么多基金申请书，个个声称自己要解决高水平的问题。什么叫高水平的问题？发达国家研究者们努力要解决的问题就是高水平的问题。我们如果解决了，发在影响因子很高的杂志上，全世界的科学家都在崇拜我们，我们很牛气了，国家给我们的拨款物有所值了。然后呢？然后就是发达国家的工厂根据我们的文章制作出高技术的产品，我们再花钱从他们手里买过来。现在我们很多科学家们不就是在做这样的事情并引以为荣的吗？发达国家的学者要研究的课题，是在他们的国家有着深刻的应用背景的课题，如果有突破，就可以迅速的转化成产品。而我们呢？我们跟风，也觉得跟的风光的很，最后呢？相当于我们用老百姓纳税的钱替外国人解决问题，然后再花自己人的钱去买他们的产品。国家给我们钱就是让我们干这个的？真正的创新，应该是立足在我们自己的需求上面。而且我们自己的需求才有自己独特的地方，才更有可能出现创新的种子。如果说以前是没有办法，要交学费，要培养人，那么现在应该改一改了。
3、其实，我更想说的是一个价值观的问题。往大里说没太多意义，不妨往小里说。中国的科学家还是应该先解决中国人自己的问题，再去拯救世界的好。
yaoyuan7310 发表于 2010-2-1 16:25
“集成电路封测产业链技术创新联盟"这样的形式正是有利于解决产品转化问题。打一开始企业就掏钱，大学得到的是有明确市场的项目或者领域，还有资金设备等。美国那不就是Intel等一批的企业在掏钱。
“集成电路封测产业链技术创新联盟"这样的形式正是有利于解决产品转化问题。打一开始企业就掏钱，大学得到的是有明确市场的项目或者领域，还有资金设备等。美国那不就是Intel等一批的企业在掏钱。
回复 15# yaoyuan7310
比较赞同Yaoyuan7310的话，下面说点学术的：
（1）半导体的晶体管效应可以用来做成微电子芯片的元器件，已经成为现代信息社会的基础，
也拿了1954年Nobel物理学奖和2000年度Nobel物理学奖，这是一个从物理到应用成功的好例子。
（2）金属的巨磁阻效应可以用来做硬盘，已经大规模实用化了，也拿了2007年Nobel物理学奖，
这也是一个从物理到应用成功的好例子。
（3）Si光纤可以用来作为信息传输媒介，已经大规模实用化了，也拿了2009年Nobel物理学奖，
这又是一个从物理到应用成功的好例子。
（4）但是纳米碳管是一个典型的反面例子，从它的发现到现在，尽管无穷多人说它可以做
下一代电子器件，下一代光学器件，下一代传感器件，下一代存储器件，下一代能源器件，
等等，但是都只是那些科学家为了要钱而搞出的噱头，这是一个从物理到应用根本就不成功
的典型坏例子！
（5）自旋电子学也是一个典型的反面例子，它想用半导体去完成金属很好完成的存储这件事情，
甚至进一步把存储和操作放在一起完成，尽管无穷多人说它可以做下一代电子器件，下一代存储器件，等等，但是都没有任何实质的进步，而且很多时候他们当时人明明知道这个几乎不可能比传统
金属磁性的存储技术有优势，但是他们从来不提，只是一味的搞钱，
这也是一个从物理到应用根本就不成功的典型坏例子！
（6）高温超导也是一个典型的反面例子，尽管它的物理是很好的很有趣的，但是要说它在应用上
有什么前景，这只能是拿来骗外行人，其实很多时候他们当时人明明知道连材料制备都是难题，
更谈不上技术上的优势，但是他们只是用幌子搞钱，
这又是一个从物理到应用根本就不成功的典型坏例子！
:D
比较赞同Yaoyuan7310的话，下面说点学术的：
（1）半导体的晶体管效应可以用来做成微电子芯片的元器件，已经成为现代信息社会的基础，
也拿了1954年Nobel物理学奖和2000年度Nobel物理学奖，这是一个从物理到应用成功的好例子。
（2）金属的巨磁阻效应可以用来做硬盘，已经大规模实用化了，也拿了2007年Nobel物理学奖，
这也是一个从物理到应用成功的好例子。
（3）Si光纤可以用来作为信息传输媒介，已经大规模实用化了，也拿了2009年Nobel物理学奖，
这又是一个从物理到应用成功的好例子。
（4）但是纳米碳管是一个典型的反面例子，从它的发现到现在，尽管无穷多人说它可以做
下一代电子器件，下一代光学器件，下一代传感器件，下一代存储器件，下一代能源器件，
等等，但是都只是那些科学家为了要钱而搞出的噱头，这是一个从物理到应用根本就不成功
的典型坏例子！
（5）自旋电子学也是一个典型的反面例子，它想用半导体去完成金属很好完成的存储这件事情，
甚至进一步把存储和操作放在一起完成，尽管无穷多人说它可以做下一代电子器件，下一代存储器件，等等，但是都没有任何实质的进步，而且很多时候他们当时人明明知道这个几乎不可能比传统
金属磁性的存储技术有优势，但是他们从来不提，只是一味的搞钱，
这也是一个从物理到应用根本就不成功的典型坏例子！
（6）高温超导也是一个典型的反面例子，尽管它的物理是很好的很有趣的，但是要说它在应用上
有什么前景，这只能是拿来骗外行人，其实很多时候他们当时人明明知道连材料制备都是难题，
更谈不上技术上的优势，但是他们只是用幌子搞钱，
这又是一个从物理到应用根本就不成功的典型坏例子！
:D
大浪淘沙。
我学量子力学的时候，张永德就说过，物理学家的废纸篓里面有无数美妙的理论，能活下来的只有一个！
我学量子力学的时候，张永德就说过，物理学家的废纸篓里面有无数美妙的理论，能活下来的只有一个！
wanghywanghy 发表于 2010-2-1 21:40
a，b，c已经成功了，
e，f还未成功，
所以e，f一定不能成功。
这种推论我认为只是搞笑。
而且照你这样说，人类半导体就发展到这程度就是尽头了？
ps那个是1956年不是1954年。
a，b，c已经成功了，
e，f还未成功，
所以e，f一定不能成功。
这种推论我认为只是搞笑。
而且照你这样说，人类半导体就发展到这程度就是尽头了？
ps那个是1956年不是1954年。
已面临尺度极限。对于几个纳米厚度的栅介质层，由于直接隧穿电流随介质层厚度的减小而呈指数性增加，于是栅与沟道间的直接隧穿将变得非常显著，由此带来栅对沟道控制的减弱和器件功耗的增加。克服这种限制的有效办法之一就是采用新型绝缘介质材料，即高k材料。采用高k材料以后，在保证对沟道有相同控制能力（Cox=e0eox/tox相同）的条件下，栅绝缘介质介电常数eox的增加将使栅介质的物理厚度tox 增大，于是栅与沟道间的直接隧穿电流将大大减小。通过使用包括高k门电介质和金属栅极在内的新材料组合，英特尔 45 纳米技术成为整个行业在减少晶体管电流泄漏征途中的一个重要里程碑。这一晶体管技术的新突破将推动电脑及服务器的处理器速度方面不断开创新高。它还将确保摩尔定律在未来十年内继续发挥效力。当然，使用高介电常数栅介质并不是简单地为保持氧化层电容恒定来增加介质层厚度和介电常数，在纳米栅长下的沟道控制会受到边缘电场效应的影响而下降。近年来，受到广泛重视的HfO2 和ZrO2 在硅上热动力学稳定，成为替代SiO2的可用高k介质材料。
为了增强栅的控制作用，一个有效的途经就是增加栅的数量，例如可以采用两个栅来控制沟道，即双栅结构。双栅器件中由于两个栅共同控制沟道区，可以有效抑制漏端电力线向沟道区中的穿透，阈值电压漂移大大减小，短沟效应降低。在双栅器件的基础上，为了进一步提高栅的控制能力，屏蔽来自漏端的电力线对沟道底部区域的影响，进一步增加了栅的数量，发展了三栅 MOS器件、π栅MOS器件、Ω栅MOS器件以及围栅器件。随着栅的数目的增加，栅控能力逐渐增强，器件可以更为有效地降低短沟效应，按比例缩小能力增大。
采用超薄体SOI材料制备的超浅结深结构的MOS器件，也可以有效抑制短沟道效应。薄膜全耗尽SOI MOS晶体管由于采用了很薄的硅膜，易于实现超浅结技术，由于源漏和栅极电荷的三方面作用，很容易使沟道完全耗尽，不存在穿通效应和迁移率退化，因此可以抑制短沟道效应，获得斜率陡直的亚阈值特性。除此以外，薄膜全耗尽SOI器件还具有载流子迁移率增大，电流驱动能力提高和跨导增强等特性，在高速、低压、低功耗电路中有着广阔的应用前景，尤其适于纳米CMOS的应用。
纳米CMOS晶体管从平面结构向立体纳米线结构发展已经成为一种趋势。基于SOI的鳍形栅硅纳米线晶体管表现出优良的栅控能力，已经接近CMOS理想的开关性能。硅纳米线CMOS反相器表现出宽的低压噪声容限和优良的瞬态响应特性。SOI纳米线晶体管具有较强短沟道效应抑制能力：一方面，纳米线场效应晶体管小的沟道厚度和宽度使栅极更接近于沟道的各个部分，有助于晶体管栅极调制能力的增强。另一方面，纳米线晶体管中载流子的输运形式可以看作是准一维的，有利于克服量子电容限制，同时鳍形栅可以有效抑制漏端电力线向沟道区中的穿透，阈值电压漂移大大减小，短沟效应降低。此外，纳米线沟道可以不掺杂，减少了沟道内杂质离散分布和库仑散射。对于一维纳米线沟道，由于量子限制效应，沟道内载流子远离表面分布，故载流子输运受表面散射和沟道横向电场影响小，可以获得较高的迁移率。SOI纳米线晶体管短沟道效应抑制能力的增强，使晶体管尺寸能得以进一步缩小。国际半导体技术路线图（ITRS 2007）会议曾预测2010年硅纳米线晶体管将有能力取代传统平面CMOS晶体管。
（韩伟华 撰稿 2009年11月）
http://www.semi.ac.cn/kxcb/kpwz/200912/t20091203_2681421.html
为了增强栅的控制作用，一个有效的途经就是增加栅的数量，例如可以采用两个栅来控制沟道，即双栅结构。双栅器件中由于两个栅共同控制沟道区，可以有效抑制漏端电力线向沟道区中的穿透，阈值电压漂移大大减小，短沟效应降低。在双栅器件的基础上，为了进一步提高栅的控制能力，屏蔽来自漏端的电力线对沟道底部区域的影响，进一步增加了栅的数量，发展了三栅 MOS器件、π栅MOS器件、Ω栅MOS器件以及围栅器件。随着栅的数目的增加，栅控能力逐渐增强，器件可以更为有效地降低短沟效应，按比例缩小能力增大。
采用超薄体SOI材料制备的超浅结深结构的MOS器件，也可以有效抑制短沟道效应。薄膜全耗尽SOI MOS晶体管由于采用了很薄的硅膜，易于实现超浅结技术，由于源漏和栅极电荷的三方面作用，很容易使沟道完全耗尽，不存在穿通效应和迁移率退化，因此可以抑制短沟道效应，获得斜率陡直的亚阈值特性。除此以外，薄膜全耗尽SOI器件还具有载流子迁移率增大，电流驱动能力提高和跨导增强等特性，在高速、低压、低功耗电路中有着广阔的应用前景，尤其适于纳米CMOS的应用。
纳米CMOS晶体管从平面结构向立体纳米线结构发展已经成为一种趋势。基于SOI的鳍形栅硅纳米线晶体管表现出优良的栅控能力，已经接近CMOS理想的开关性能。硅纳米线CMOS反相器表现出宽的低压噪声容限和优良的瞬态响应特性。SOI纳米线晶体管具有较强短沟道效应抑制能力：一方面，纳米线场效应晶体管小的沟道厚度和宽度使栅极更接近于沟道的各个部分，有助于晶体管栅极调制能力的增强。另一方面，纳米线晶体管中载流子的输运形式可以看作是准一维的，有利于克服量子电容限制，同时鳍形栅可以有效抑制漏端电力线向沟道区中的穿透，阈值电压漂移大大减小，短沟效应降低。此外，纳米线沟道可以不掺杂，减少了沟道内杂质离散分布和库仑散射。对于一维纳米线沟道，由于量子限制效应，沟道内载流子远离表面分布，故载流子输运受表面散射和沟道横向电场影响小，可以获得较高的迁移率。SOI纳米线晶体管短沟道效应抑制能力的增强，使晶体管尺寸能得以进一步缩小。国际半导体技术路线图（ITRS 2007）会议曾预测2010年硅纳米线晶体管将有能力取代传统平面CMOS晶体管。
（韩伟华 撰稿 2009年11月）
http://www.semi.ac.cn/kxcb/kpwz/200912/t20091203_2681421.html
石墨纳米带器件、碳纳米管器件、自旋器件和量子器件等。我想这些器件是比较有潜力的，将被应用到不同的领域。但究竟哪一种元器件有光明的未来，哪一个行业会对哪一类元器件更感兴趣，还有很多不确定性。要想发挥这些新型元器件的潜力，还需要在科研方面投入更大的力量。
我们当前的技术路线图，也就是对2020年之前的技术展望，还主要集中在CMOS技术上。对于 CMOS之外的新型元器件结构，目前还没有制定路线图。在2020年之后，我们会不会制定一个针对新器件的技术路线图，现在还不得而知。事实上，即便是针对CMOS技术，我们的技术路线图也不可能百分之百地进行精确的预测。
我们当前的技术路线图，也就是对2020年之前的技术展望，还主要集中在CMOS技术上。对于 CMOS之外的新型元器件结构，目前还没有制定路线图。在2020年之后，我们会不会制定一个针对新器件的技术路线图，现在还不得而知。事实上，即便是针对CMOS技术，我们的技术路线图也不可能百分之百地进行精确的预测。