多孔材料因其巨大的表面积，可以依据范德华力原理吸附分子态或原子态的气体。据说还有储氢浓度达到75%的材料）。提纯碳纳米结构的超高成本仍然是这种储氢技术实用化的主要障碍。凝胶，比如硅凝胶，因其价格低廉而受到青睐。......
2023-06-22
芯片制程的物理极限与发展趋势
【摘要】：我们之所以追求缩小制程，首要目的就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体，让芯片不会因技术提升而变得更大；其次，缩小制程可以减少体积也可以降低耗电量，提高处理器的运算效率。色彩频率信号通过传感器从骨传导进入芯片，最终形成不同频率的刺激反应，让尼尔·哈维森从色彩感知中获得更多的艺术创作灵感。值得注意的是，芯片的制程并不能无限制地缩小。芯片是人类最伟大的发明之一。
“精”是智能化，那什么又是“细”呢？
这里我们不得不提到纳米制程。在数学上，1纳米等于0．000000001米，而人体的指甲厚度约为0．0001米，如果我们把指甲的侧面切成10万条线，那么每条线就约等于1纳米，可以想象1纳米是何等微小。
以14纳米为例，其制程是指在芯片中，线最小可以做到14纳米的尺寸。我们之所以追求缩小制程，首要目的就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体，让芯片不会因技术提升而变得更大；其次，缩小制程可以减少体积也可以降低耗电量，提高处理器的运算效率。
今天的芯片量产工艺，已经能微缩到纳米级大小。这究竟有多小呢？我们人类的红细胞直径为8000纳米，这样一个红细胞的表面上能放下400多万个7纳米芯片，包含4000兆个晶体管，集成了大量的信息。
芯片微缩，让人体植入芯片从科幻走进了现实。在瑞典，就有超过4000人在体内植入了芯片，这些体内芯片可以作为门禁卡和支付工具使用，甚至能将色彩信号转化为声音信号。
患有色盲症的钢琴师尼尔·哈维森，为了提升自己对颜色的感知，在后脑里植入了色彩传感器和芯片。色彩频率信号通过传感器从骨传导进入芯片，最终形成不同频率的刺激反应，让尼尔·哈维森从色彩感知中获得更多的艺术创作灵感。
值得注意的是，芯片的制程并不能无限制地缩小。当我们将电晶体缩小到20纳米左右时，就会遇到量子物理中难以稳定的问题——电晶体漏电现象，从而抵销了芯片缩小时获得的效益。
另外，作为芯片理论基础的能带理论，只是一个近似理论，电子的行为仍然没法精确计算，这为芯片的未来发展埋下了巨大隐患。所以，人类还在寻找其他更前沿的替代方案。
功耗问题是芯片发展的另一个麻烦。目前市面上普通的芯片，其功率密度每平方厘米达到了几十瓦，因此在芯片上往往要背一个风力散热器；当芯片功率密度达到每平方厘米100瓦以上时，就要把风换成水了，一台超级计算机往往会把凉水烧温。这种热效应非常厉害，如果不加以控制，所有芯片的温度加起来可以达到核反应堆的温度。
芯片是人类最伟大的发明之一。现在一个普通家庭的生活设备中，仅仅是集成电路芯片就多达300块，给我们的生活带来了巨大的变化。
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