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第36章 华国科学家们智慧的闪光(求月票!)

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攀枝花工作。

她说:“从理论的角度,它应该就是晶体管。

基于量子力学,硅的禁带宽度是1.12 eV和晶格常数是0.543nm,这二者已经被精确测定了。

晶体管的核心是PN结,通过掺杂控制电子和空穴的运动。

PN结的数学模型,描述了载流子扩散和漂移。而固体物理研究表明,材料的物理性质可能随尺寸减小而改变。

薄膜和微粒的研究已涉及微米级效应。海森堡测不准原理和波粒二象性表明,电子在微小尺度下表现出波动性,具体到纳米级会出现量子隧穿效应。

也就是硅晶体的晶格常数约为0.543纳米,原子间距在0.2-0.3纳米之间。理论上,晶体管的最小尺寸可能接近几个晶格单位,也就是纳米级。

一个10纳米的结构能够包含18-20个硅原子。

而载流子运动,电子和空穴的平均自由程在硅中约为10-100纳米。

若晶体管尺寸缩小至此范围,载流子仍可有效传输信号,理论上支持纳米级运行。

PN结的耗尽区宽度会随掺杂浓度增加而减小。固体物理表明,通过高掺杂和强电场,耗尽区可缩小至纳米级,维持开关功能。

电子的德布罗意波长在常温下约为10到50纳米。当器件尺寸接近这一尺度,量子效应会显著影响电子行为。

这暗示了晶体管可能在纳米级运行,但也可能面临干扰。而树莓派的存在,让我意识到,晶体管就是能够在纳米级运行。

另外固体物理研究表明,尺寸减小时,表面原子占比增加,这为小型化提供了理论依据。

也就是说如果制造工艺突破微米限制,晶体管尺寸是可以接近晶格尺度。

我去年看了费曼的书,他在《底部有无限空间》中提出,物理规律允许在原子尺度操作器件。

里面提到了用原子堆砌电路的可能性,这与纳米级晶体管理念契合。

你们明白吗?虽然我们不知道它是怎么制造出来的,是怎么实现的制造工艺的突破,但我认为就是晶体管。

这是理论物理给我的启发。

这设备,我相信阿美莉卡有,苏俄也有,我们应该是最晚拿到的,我们如果要追赶他们,无论是复刻,起码做到微米级的晶体管,也得尽快确定方向。

我以我的专业判断,它就是纳米级的晶体管,我们得沿着晶体管集成化、小型化的路线走下去。


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