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Yin Ron

不定期更新

第 1 张,共 3 张
11月26日

期中作业

本来还想写点学习心得之类的,但是今天打球输了,就没心情了。
下面贴的是《微电子器件》课的期中作业,写得挺辛苦的,当然要一稿多投了,行家们给我挑挑刺^_^

过去40年间,半导体产业一直沿着摩尔定律所预言的轨迹发展,集成度每18个月翻一番,由此带来的性能提升使世界发生了翻天覆地的变化。根据Denard提出的理论,人们不断把器件做小以达到更佳的性能。期间,不断有人预言摩尔定律很快会失效,但是天才的科学家们不断突破这些底线,直到今天仍维持着摩尔定律的正确性。很难说到底是摩尔的预言无比正确,还是由于摩尔定律的指引使人们绞尽脑汁地紧跟着其发展的脚步。不可否认,摩尔定律已经成为指导电子产业发展的金规玉律。如果一个公司跟不上摩尔定律的脚步,就必将被淘汰。

到今天,摩尔定律发表已40年,以硅CMOS工艺为基础的集成电路行业迎来了最大的挑战,连摩尔本人都承认,摩尔定律即将失效。世界上先进企业已开始投产45nm工艺制程的芯片,这一距离已经开始接近原子直径的量级。当接近10nm时,这意味着在一个晶体管中,可能只有数量有限的几个原子。这时,经典固体物理能带论的基础假设,如周期性边界条件、紧束缚近似等都将失效。因此,传统硅器件似乎已经快要走到尽头了。微电子产业正面临着转型的关键时刻。到底这个产业要何去何从呢?是在原来的基础上不断改进,还是把一切推倒从来?

从工业成本上看,人们当然还是倾向于延长硅CMOS的生命。这种成熟而价格低廉的技术是微电子行业飞速发展的关键,也是世界进入信息时代的大前提。在亚10nm的时代,科学家仍然想尽各种办法使硅器件缩小到摩尔定律规定的尺寸。不断发展的光刻工艺使人们可以做出更小、更精确的器件。SOIUTSOIFINFET等新的结构抑止了一些负面效应,使栅对导电沟道的控制更好。另外,人们还尝试用不同的方法提高电子迁移率,应变工程、混合晶向等方法应运而生,但这也使制作工艺变得更复杂更具有挑战性。从工业角度上说,实验室中做出的器件性能再完美,如果不能以低成本,简单工艺生成,就没有实用的意义。

人们还不断地寻找新的材料以保证更小尺寸晶体管的性能,最热门的技术无疑是HighK,金属栅电极的技术。为了解决栅极漏电流的问题,Intel在最新投产的45nm生产线上率先实现了这一技术的工业投产。在Intel45nm工艺中,使用了基于铪的高-k栅介质取代传统工艺中的二氧化硅栅氧化层。由于该介质与原来的多晶硅栅不兼容,所以在栅电极上也采用了其他的材料,在p型和n型晶体管上分别使用了两种不同的金属。这一技术使得漏电流大大减少,提高了运算速度,减小了功耗,是了不起的技术突破。但是我们也应该看到,这一技术的运用,宣告了统治微电子行业多年的近40年的多晶硅栅极金属氧化物半导体(MOS)工艺开始改变,尽管沟道仍是硅材料,但栅的材料却换成与硅工艺不兼容的其他材料。且不说两种工艺的整合带来的技术难题以及成本提升,这一技术本身似乎就预示着硅工艺在小尺寸下的发展已经步履维艰,到了需要其他材料帮一把的地步。当然,应该看到如今各大公司,如IntelIBM、台积电等都已经或者接近投产45nm工艺生产线,并在32nm节点上也有重大突破,他们的roadmap甚至已经规划到22nm工艺节点,仍然坚守着摩尔定律的阵地。这说明硅工艺的后劲仍不可小视。但是,硅工艺是否有潜力挑战其理论底线——4nm以下呢?

至少在实验室里,科学家已经开始为硅晶体管寻找替代品。CNTFETNWFET都显示出了不错的潜力。这些准一维的纳米材料因其卓越的性能以及更宽的应用范围而受到科学家的青睐,不仅可能取代传统硅器件,还可能发展出更多新的应用。当前,在材料制备、器件制作工艺、电路集成等方面这些新材料的晶体管还存在不小的问题。但同时可以看到,科学家在近年来做出了不少成效显著的工作。可以猜想,在各种技术难题一个接一个地被攻克后,只要工艺成本能被压缩到与硅器件相近的级别,这些新型材料说不定有一天能完全取代硅器件。

但是,另一个疑问是:在10nm以下的尺寸,仍然坚持使用以宏观能带理论为基础的FET结构是否明智呢?在只有几个原子厚度的器件中,量子效应带来的影响是不可忽略的。在原来的结构上修修补补是否太低效呢?最好的结果当然是找到基于量子理论的全新的晶体管结构。毕竟,在数字电路中,除了二进制逻辑外,没什么是不能改变的。单电子晶体管、自旋晶体管等基于量子点、量子阱的器件理论被提出均已超过10年,但是至今还没有为世界公认的成品出现。不过,当人们还在使用真空管时,又有几个人想象得到1G内存的出现仅仅是几十年以后呢?摩尔定律留给这些新事物的时间还很充足,硅器件仍然会继续统治着微电子行业,不断去验证摩尔定律的正确性。至于五年、乃至十年以后,摩尔先生的预言是否仍然有效,就让我们拭目以待吧。

11月19日

所向披靡,轻松出线

      今天打小组赛第二场,我们轻松战胜对手。在中锋缺阵的情况下,我们打出水银泄地的快攻,半场解决战斗。我实在太幸福了,又呆在了快攻球队里。对手的盯人防守形同虚设,简直是控球后卫的春天,随便一个传球就是助攻^_^下场是八强战了,加油!
11月18日

(zz from Cindy)华附官方晒命帖,外校5怕刺激可以黎睇!

    珍珠都无甘真,华附好好,好好,特别对于贪慕虚名葛人黎讲,只有华附能够全方位多方面满足虚荣心(of course i mean hometown)。比如话,你阿妈行系条街到,人地问起,你个仔边间学校价?如果你阿妈答:zx/ss/gy。个C-nine会话:哇,重点中学喔,你真系识教仔,生得个仔甘鬼口力。呢种低层次葛赞赏作为华附精英葛我地当然听惯晒,毫无新鲜感。但系如果你阿妈答:华附。个C-nine顿时无声出,或者ma大个口得个窿,5秒后醒悟个黎,通常出现3种情况,
1、点考入去价?你个仔米成绩好好咯。(典型吓傻左无常识葛问题)
2、黑口黑面阴沉感讲:华附?听都未听过,系边价?(通常呢类C-nine个仔都系d咩职中之类,可能真系未听过华附都未定)
3、最常见。你个仔以后想做老师咩?去读间师范学校。之后bie两眼就走(呢类c-nine个仔通常系d低等重点学校,咩7中培正之类)
    相信各位华附alumni都会成日比人问起,你地华附系米好多成日挂住读书葛人价?死读书葛人到到都有(前几日先系哈佛碰到个),但系人数百分比我觉得华附同其他学校差5多,反而系华附,更大一部分系5读书撩两笔就上到好学校葛人,上至清华北大,下至中大华工,广州人聚会70%-80%都系华附alumni。5静止国内,华附alumni遍布全球名校,英国:牛津剑桥lse成堆华附有钱公子千金;美国:8间常青藤,MIT,Stanford,Caltech,CMU blah blah blah总之你地叫得出名葛学校都有华附alumni;澳洲加拿大法国日本新加坡,最top葛学校,绝对5会缺少华附葛身影。总之每次上facebook,搜索affiliated high school of south china normal u都会出现一大堆会吓亲普通学生葛华附alumni@top university。讲校友力量,试问广州边间学校敢同华附比啊。。。(感叹感叹)
     讲翻我地d高中生活,高考葛时候,作为半个旁观者,我深深体会到其他学校葛悲哀。
     首先,出题葛老师就系华附附属大学(华师),其他葛教育局人员都系华附葛老师教左20年书之后调过去,所以高考后我听到我地同学葛反馈:点解d题成日有一种似曾相识葛感觉概?可怜的我们系高考期间成日受到外校骚扰:喂,比d秘密卷黎做啊。其实我地真系无乜秘密卷,老师都无放水比我地,但系我地就5知点解成日觉得高考题似曾曾。
     华附竞赛保送之类葛骄人压倒性成绩我就5多讲了,总之我地每次去亲比赛,国家葛教育局官员同华附老师5系一般葛熟,对我地华附学生5系一般葛照顾,有次去四川,广东代表团25人左右,华附13个,我地浩浩荡荡一群人着住蓝色校服走过时,外校5抵得葛目光我到而加仲历历在目,当我地早餐讲起某个华附正常话题时(A:xxx呢次罗左全国XXX一等。B:第几名?A:3。B:5系阿嘛,先得第3??我地罗开第一葛喔),更加另到其他学校葛人当场跌筷子。保送我就5多讲,我见到广雅葛人(起码3-4个)罗到保送资格竟然因为保送试差左中大都去5到,但系华附都清楚,中大华工都系送钱比华附保送生求距地去读,保送去中大华工,系华附绝对5系一间光彩葛事(某d立志学医葛人除外)。全国前10高校,广东招保送生考点全部系华附,占尽主场优势葛华附当然占尽大学保送最优质葛名额。
讲到华附葛教育,我发现同常青藤葛教育理念非常相识,培养精英中葛精英。
    众所周知,我地恐怖葛地狱式早操,6:15起身,全校早操,135跑步,24健身,虽然曾经令无数华附学生痛恨非常,但系另我地有强健葛体魄,令到我地学会饮食均衡,会自觉食早餐。身体永远系革命葛本钱。呢类倡导系美国好普遍,只不过美国要求你自制,华附强制。真价,身体同精力好重要,成功葛必须。我地葛成绩,5多5少要归功于我地葛出操。
     开放性思维教育模式。我地系广州市第一个推行选修课葛学校,有好多学到好多野葛得意课,尽管好多人会选咩数理化补习之类无聊课(我都选过),但系我上过葛photoshop/programing/无线电/OM/bio research/chem lab/语言艺术blah blah blah都学到5少野,而且通过学习新鲜事物平衡一下高考学习压力,开阔下眼界对个人全面综合素质培养非常有好处。
     机会。真正葛平等,5系每个人物质生活葛平等,而系机会葛平等。而华附确实帮我地争取左好多好难得葛机会。比如话,我地可以参加所有能够获取到高考加分或者保送葛比赛同活动,而呢样比赛同活动,外校根本听都未听过,就算听过想参加,学校都无感葛资源同经验,就算有感葛资源同经验,两校学生获取同等成绩葛时候,其他人都会情愿选择华附。因为自我地入校果一日,我地就被刻上精英葛标志,华附,意味住高质素葛优秀学生。
     5为高考服务葛课程。如果你认为华附高考甘高分系因为我地3年上葛课都系为高考服务,甘就大错特错了。我发现好多课,头两年都好似lecture感,补充下课外知识,然后考试考张上课都无乜讲过葛内容。而且老师布置葛作业5多,都要靠我地平时自己做题。数理化好鼓励我地做“难题”(姐话比高考最后一题难度高dd),所以华附学生自学能力都好5错。同埋会出现,高考越难,华附越高分葛情况,因为我地已经习惯左向高难度挑战。所以最后一年高考准备,基本上就系帮我地巩固基础,惊浅水浸死龙。当然,无可否认,华附学生高考葛高分5完全归公于学校葛教育,因为华附将广东省最好葛生源招揽一齐,无论奥赛创新计算机特长,体育特长,抑或广东最有钱最有头有面葛边个葛后代,中考高分学生,基本系晒华附。对于一间学校黎讲,拥有最好葛生源,教育局最强悍葛关系,其实已经赢晒,但系每年都dum甘多钱培养我地其他方面技能,令我地全面发展,真系好难能可贵。
     呢个系我同我好多同学都深切感受到葛,自己大学同学(china only)好多人葛综合素质比自己葛高中要差,一个人成功与否,取决于距系点,5系距系边。讲到人生目标葛制定,道路规划,把握自己葛机会,正确葛人生观、世界观,良好葛沟通技能,个人人际关系圈葛建立,点样发掘同发挥自己葛优势,所有种种综合素质葛表现,系同龄中国人入面,华附都更胜一筹。
     我5会用完美形容华附(点解读过华附葛人都知,家丑不外传),但系呢个世界永远无最好,只有更好,华附就企系更好葛顶尖,所以被我地呢班追求更好葛人选择左。
     结尾:对应开头
A:你个仔系边啊?B:清华。A心琳:清华边有北大好。
B:你个仔系边啊?C:北大。B心琳:北大边有清华好。
C:你个仔系边啊?D:哈佛。C心琳:哈佛边有牛津剑桥好。
D:你个仔系边啊?E:牛津。D心琳:牛津边有耶鲁斯坦福好。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
Y:你个仔系边啊?Z:华附。Y心琳:哇!!!!!!!!!!!!!!!!!!



    见三哥转得甘过瘾,我又转下先。大家当搞笑野睇下好啦,唔关我事价,唔好打我吐舌
11月17日

球赢了,衣服赚了,腿伤了

      迷迷糊糊的,我就加入了学院篮球队。幸运的,院队有球衣发。又是迷迷糊糊的,由于尺码的问题,我被迫将心爱的代表Jason Kidd的5号拿去换了以前代表Kobe现在不知是谁的8号(弄得进宿舍时某mm跟我说“8号,今天打得很好哦”我还反应不过来没有作回应)。又很幸运的,我只在替补席坐了十分钟就被调遣上阵之后打足全场。最后,很不幸的,我只得了一分之余更是把大腿撞伤了,至今还一瘸一拐。不过能够依靠我的防守和控球帮助院队赢得第一仗,也值了^_^
11月12日

科目一考试

    通俗一点说,所谓的科目一考试,其实是驾照考试中的笔试,考的是道路法规,驾驶常识等内容。考试形式是发给你一本书,里面有一千多题选择与判断题,考试用电脑随机抽一百题考,90分以上为及格。经过了长达一个多月的等待,终于等到考试了。因为复习比较充分,所以很无聊地在那里等了两个多小时,进考场20分钟就检查完出来了,98,没有达到满分的目标,有点遗憾^_^从今天开始,正式开始学车了,加油!
11月3日

单二传战术

        今天院里迎新排球比赛,我代表新生队出战,又增加了一项运动技能^_^由于我们队大多是新手,所以在战术上有很大限制,但是正因如此我们打了一场很有趣的比赛。由于全队只有一个老手可以给出稳定的二传,而我和他在网上都比较有优势,因此选择了单二传战术,谁知打起来才发现实在是很难掌握。
       这个战术最大的问题在于二传在后排时要往前冲,容易造成一传的混乱;而对方进攻时由于他不能拦网,又要我顶上拦网,经过一段非常混乱的尝试后,我们好歹磕磕绊绊的赢下了阵容不整的老硕队,我的扣死了很多个哦^_^打老博队就没那么容易了,他们实力平均,一直压着我们打,也让我们在战术理解上的漏洞显露无遗,把我们的二传手累了个半死。不过我们在网上发挥还是不错哦,虽然几次拦网都打手出界,但是有一次我连着拦了对方两个进攻直接拦死,好爽啊!
       排球挺好玩的,我要练好一传,下次争取夺冠^_^
10月27日

英国在材料科学领域有重大发现:Graphene(zz)

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  科学家发现了一种全新的超薄材料,它很可能会加速未来科学发现的进度,而且可以节省数十亿美元的资金。这个发现被誉为科学界“非凡的贡献”,获得了一个在英国科学界享有极高殊荣的奖项。据说,最终每个人的生活都会受到这种材料的影响。

  这个新发现的材料被命名为“grapheme”,已经用来对爱因斯坦的相对论进行论证,而且试验设备的花费非常低廉。此前,要对著名的相对论进行论证,必须要通过建立昂贵的试验设备,或是研究遥远的星系来完成。

  领导此次发现新材料工作小组的是曼彻斯特大学研究员Andre Geim,他是物理和天文学院的教授。出于对其卓越研究贡献的表彰,英国皇家物理学会(Institute of Physics)向他颁发了“2007年莫特奖章和奖金(Mott Medal and Prize)”。

  正是在Geim教授、Kostya Novoselov博士、曼彻斯特大学内的其他同事及俄罗斯琴诺格洛夫微电子科技研究所(Institute for Microelectronics Technology in Chernogolovka, Russia)的共同努力下,2004年,一系列叫做二维原子晶体(two-dimensional atomic crystals)的新材料被发现了。

  但是,graphene的发现无疑在科学界激起了千层浪。graphene是指一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子。在被科学家们描述为与“削铅笔”相似的过程中,使石墨爆裂成单独的原子面,于是graphene就产生了。这些原子碎片异常的稳定,而且具有很高的弹性且十分坚固,同时传导性也极好。

   在graphene众多的特性中,其中有一个是它的电子可以像粒子那样以光的速度进行移动,这以前只在科幻小说中描述过。正是它的这个特性,使得科学家们能够更加容易地来研究相对论现象。

  它还具有另一种显著的特性,也因此,它里面的电子可以不通过散射而进行亚微细距离移动。这种特性对于制造需要快速转换的晶体管很重要。

  为了使计算机芯片更加强大,速度更快,工程师们一直在追求生产更小的晶体管,减短电子驱动机器开关时需要移动的距离。

最终,科学家们得出了以一个分子来制作一个晶体管的设想。而Geim教授的工作为他们将设想转化为现实带来了希望。将来,一台电脑可能只是由单一的一个graphene片来制成。

  Geim说:“在还处于研究的初级阶段时期,情况看起来喜人,而且进展得有些出人意料。虽然graphene的发现不过两年,但是,事实证明graphene的确是一种值得关注的材料,同时它还带来了很多新的物理学研究方向。”

  Geim教授解释说:“现在就说到具体的应用,似还嫌早了些。但是,所有的迹象都表明,graphene不仅仅是一个新材料,它将会出现在许多应用当中。到最后,我们会发现,这个新发现将影响到每个人的生活。”

  接着他又说:“这种以及其他许多可以进行生产的二维材料,开启了实际使用无限事物的可能性,而这是人们连想也未曾想到过的。这些材料既轻又坚固,且弹性好,而且还大量存在,不仅仅用于制造小器件上。像聚合体被普遍使用,乃至改变了我们的生活一样,一个原子那么厚的材料,可以应用到我们日常生活从衣物直到计算机的每一个方面。”

  用来将原子爆裂成原子面的技术叫做“微机械力分裂法”。由于爆裂需要的是双晶体物质,所以这种一个原子厚度的材料来源可以是金属、半导体、绝缘体、磁体等等。以前,原则上认为这么薄的材料是不可能存在的, Geim教授的研究小组第一次证明这种材料是存在的。他们的研究不仅显示了存在的可能性,而且还证明了是很容易就可以制造出来的。

  Novoselov博士是这个工作小组中的重要一员,他说:“大概,我们的工作最重要的不仅仅是局限在发现了一两种新材料,而是一系列数以千计的新材料。而且他们具有多种特性,可以让我们为某个特定应用而选到最适合的材料。”

  物理和天文学院的院长John Durel教授说:“我们对Andre Geim及其小组卓越的研究工作表示欣喜,他们的成就得到了英国皇家物理学会的认可,并被授予了莫特奖章和奖金。Graphene的发现引发了新的实验室的建立,从而促进基础科学研究,而未来产品技术将引起革命性电子装置向开发实际应用潜力方向发展。”

  Graphene属于富勒烯分子家族——在过去20年中发现的一种新物质——是第一个实际上的二维富勒烯。曼彻斯特大学的研究人员把注意力都集中在研究它的电子特性上。例如,通过运用微细加工技术来制造计算机芯片时,工作小组创造出了一种场效应晶体管,它是计算机中一个重要的组成部件。

  在运用方面,graphene表现出来的特性只有某些纳米管才能与之相比。Geim教授接着说:“因为碳纳米管基本上是由积聚的窄带graphene制造,在数以千计目前应用的纳米管中所体现出来的任一特性,graphene也都具有。”

  虽然,这个研究处理的都是一些极小的graphene片,但是计算机工程师所需要的仅仅是这些graphene晶片的几分之一英寸就够了。Geim教授表示前景是乐观的。因为对graphene片的边缘尺码基本没有限制。Novoselov博士也补充说明,仅仅在10年前,碳纳米管的长度还不足1微米。现在,科学家们已经可以制造出长几厘米的纳米管。我们可以预见,同样的道理也会出现在graphene应用上。

  来自曼彻斯特大学知识产权公司的David Glover说:“很显然的,这是一次具有突破意义的发现,graphene具有巨大的潜力和发展前景。它很快就会进入低能源消耗和高电子迁移率需求极为重要的市场去竞争,瞄准机会,大放异彩。”

Electrons lose their mass in carbon sheets
9 November 2005

Two teams of physicists have discovered previously unseen exotic behaviour in sheets of carbon atoms. The teams have shown that electrons move through the sheets as if they have no rest mass. They have also observed a minimum value of conductivity for the sheets and an unusual form of the quantum Hall effect (Nature 438 197 and 201).


Graphene
Last year Andre Geim and co-workers at Manchester University in the UK and the Institute for Microelectronics Technology in Chernogolovka in Russia showed how to make graphene - two-dimensional sheets of carbon that are just one atom thick - from graphite, the form of carbon that is found in pencils. Now Geim and co-workers at Manchester, Chernogolovka and the Radboud University of Nijmegen in the Netherlands and, independently, Philip Kim and co-workers at Columbia University in New York, have explored the electronic properties of this novel form of carbon and have discovered that it is an excellent conductor.

In particular they discovered that the electrons in graphene behave like relativistic particles that have no rest mass and travel at about 106 metres per second. Although this is a factor of 300 slower than the speed of light in vacuum, it is still much faster than the speed of electrons in an ordinary conductor. Moreover, the electrons in most conductors can be described by non-relativistic quantum mechanics, whereas the electrons in graphene need to be treated as relativistic particles called massless Dirac fermions.

Both teams also observe a new "half-integer" quantum Hall effect, which is the relativistic analogue to the conventional integer quantum Hall effect that is seen for free electrons in semiconducting systems (and which is distinct from the fractional quantum Hall effect that has been observed in many-body systems, such as strongly interacting electrons in semiconductors). The quantum Hall effect is itself a variation on the classic Hall effect that is seen when a current flows through a material in the presence of an applied magnetic field. In this classic version of the effect a voltage builds up in the direction at right angles to both the current and the magnetic field.

Finally, both teams found that the electrical conductivity of graphene does not fall below a certain minimum value, even when there are no mobile electrons in the graphene sheet. "This is completely counterintuitive because in all other systems the conductivity disappears if no charge carriers are present," says Geim.

Kim and colleagues also observed that the topology of the graphene gives rise to a Berry phase - a subtle quantum effect that has also been observed in a number of other quantum systems.

"These experiments demonstrate that graphene is not just another 'smart material'," says Geim. "It is full of surprises and shows far greater promise than one could reasonably hope for in a new experimental system. Indeed, studies of electron transport in graphene give us access to the rich and subtle physics of quantum electrodynamics (QED) in a bench-top condensed matter experiment."

About the author
Belle Dumé is science writer at PhysicsWeb

http://physicsweb.org/articles/news/9/11/6/1

Image Gallery - Graphite and Graphene
http://www.ewels.info/img/science/graphite/index.html

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