外媒 Interesting Engineering 报道,普林斯顿大学团队开发出一种薄膜半导体,能用不同波长的光反复编程、擦除、重写。
传统半导体造完,电学属性基本定死。它把二维半导体和光响应分子结合:特定波长的光让分子变结构,电子和光学性质跟着变。芯片从此从“制造即定型”走向“出厂后可编程”。
硅芯片靠光刻、掺杂、退火,一次定功能。FPGA 能电重构,但靠大量开关和配置存储,面积、功耗都吃亏。光响应分子是在材料层面调性质,路线完全不同。
怎么做到的
关键在二维界面。二硫化钼、二硒化钨这类二维半导体只有原子级厚度,表面对外界极敏感。光响应分子如偶氮苯、螺吡喃、二芳基乙烯,光照下可逆异构。分子偶极、电荷转移、能级排列一变,晶体管阈值、电导、发光就变。不同波长,就是写入和擦除的“笔”。分子双稳态够稳,还有非易失存储的潜力。
和 Flash 比,光擦写非接触,可能低功耗、可并行、抗电磁干扰。和 FPGA 比,它不是在线路层布开关,而是在材料层改性质。
能干什么
可重构逻辑、神经形态突触、自适应传感器、可编程光学芯片,都有想象空间。军事上更直接:雷达、电子战、无人机蜂群、智能蒙皮,同一套硬件按任务改功能,自适应抗干扰。
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但实验室到量产很远。分子疲劳、暗态稳定性、响应速度、光寻址精度、CMOS 兼容、封装串扰、良率,全是坎。军用还多两条:耐温、耐辐照,实验室分子器件暂时达不到。
中国的机会
美国高校强在原始创新。中国强在材料研究、工程化、光子集成、市场规模和场景。
石墨烯、二维半导体、硅光、光通信模块、存算一体,中国都有积累。成熟制程产能大,适合做异质集成和 Chiplet。光可编程材料一旦成熟,不必死磕最先进制程,用成熟节点加新材料加光子互连,做系统级创新,这条路更顺。相控阵雷达、电子战、无人机产业链的优势,正好做需求牵引。
不是一条路
后摩尔时代,硅基微缩、先进封装、Chiplet、二维材料、光子芯片、量子计算、存算一体,都在并行。普林斯顿这个工作只提醒一件事:芯片的功能,可以在制造后继续写。
中国有完整工业体系和最大市场,在材料、器件、集成、应用定义上都有机会参与定规则。短板也清楚:基础研究、工具链、高端设备。该盯的盯住,该下场的下场。
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