创新来自哪里?

艾德·布朗，SAE媒体集团

我年纪大了，在我做工程师的早期，我使用了一种年轻人都听说过的设备，叫做真空管。晶体管确实存在，但用途有限。集成电路(ICs)，现在被称为芯片，当时还处于婴儿期。

不出所料，随身携带一部手机，一台比早期的庞然大物强大数量级的电脑，已经彻底改变了技术。我的答案，我的答案通常是“是”和“不是”。

是的，如果没有固态电子学的发明，这一切就不会发生。这就是让所有这些令人惊叹的技术成为我们日常生活的一部分，“没有它就活不下去”成为可能的原因。

你也可以指出固体革命是何时何地开始的。当时，新泽西州贝尔实验室的三个人负责寻找固体材料来取代真空管。威廉·肖克利是一位伟大的理论家。沃尔特·布拉顿是一位经验丰富的实验者。约翰·巴丁(John Bardeen)有能力理解理论学家和实验人员，并与他们交流，他在1947年11月建立了第一个固态放大装置(晶体管)的工作模型

SAE媒体集团的Ed Brown在从事了几十年的EE工作后，以技术编辑的身份进入了他的第二职业。

“回顾我作为工程师的日子，以及作为编辑的所有最新和最伟大的作品，我意识到我有很多想法根据我自己的工程经验。我现在想分享一些。”

是的，这是放大器物理结构的原始发展，但它的使用与真空管的使用没有太大的不同。计算机的基本组成部分是一个固态开关，它有两个状态，分别命名为0和1。然而，被称为触发器的电子管电路也被用于早期的数字计算机。

真空管也被用于运算放大器(运算放大器)，运算放大器在20世纪50年代上市，成为模拟电路的基本组成部分。同样的基本电路是在20世纪60年代使用集成电路固体电子学建立的，今天仍然广泛使用。

问题是，关于电子产品能做什么以及如何做的想法与当时并没有本质上的不同。在电力中使用固态电子技术使现代科技世界成为可能。

至于想法，物理学家理查德·费曼(Richard P. Feynman)在1959年发表了一篇题为《基础上还有很大的空间》的演讲，他在演讲中指出，操纵和控制原子的能力将使“大量的技术应用”成为可能。“会的。”他建议道。他概述了如何在一个针头上完成24卷(印刷版)的《大英百科全书》在理论上是可能的。然而，纳米技术的实际发展直到20世纪80年代才开始。

伯克利实验室的突破

当我读到一篇关于新物理现象的发现的文章时，我开始思考这些事情，它会对纳米技术产生很大的影响。

和许多技术上的突破一样，这次的突破也始于一个亟待解决的问题。这是一种使微芯片更小、更快而又不受加热限制的方法。问题是，虽然大多数集成电路中的硅材料是电的良导体，但它不是热的良导体。当你把数十亿个硅晶体管挤压到一个微芯片上时，它就会成为限制热量膨胀的一个因素。

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提高硅的热导率的理论答案已经存在了几十年——使用纯硅。唯一的问题是，硅不是自然形成的纯形态，需要大量的能量来处理同位素，使其完全没有日常使用。不实际的。

21世纪初，伯克利实验室的材料科学研究科学家乔尔·阿格(Joel Ager)和超纯半导体材料生长和应用领域的世界领先专家尤金·哈勒(Eugene Haller)被聘请参与一个量子计算项目。我们能够制造出纯硅28晶体。

阿格把剩下的这些材料放在伯克利实验室的一个安全的地方，以备其他科学家可能需要。

时间快进到2019年，吴俊超和慈鹏宏正在寻找提高硅芯片传热系数的新方法。他们提出了使用堆叠硅纳米线作为一种新型晶体管的想法。这是一个好主意，除了如何快速提取产生的热量的问题。他们的答案是用我们的老朋友——同位素纯硅——制造纳米线。

事实上，Ager和Haller之前的热效率提高了约10%。然而，对于制造商来说，这并不是一个显著的改进，使其在经济上可行。

但阿格想看看吴和慈用这些珍贵的纯硅制成的新型纳米线晶体管能做些什么。

他们从测试大块晶体的热导率开始，但无可否认，只看到了适度的改进。然后，我们使用块状硅28，用一种叫做化学蚀刻的技术制造纳米线。令所有人惊讶的是，他将热导率提高了150%。

为了解决这个难题，他们求助于莱斯大学的高分辨率透射电子显微镜(TEM)团队。得到的图像显示纳米线表面有一层类似玻璃的二氧化硅层。

然后，他们将图像提交给马萨诸塞大学阿默斯特分校的专家，发现有两种独立的热传递机制协同作用，产生了令人惊讶的结果。

阿格说:“珺桥和团队发现了一种新的物理现象。这是由好奇心驱动的科学的真正胜利。这是非常令人兴奋的。”

那么，技术创新是如何发生的呢?

伯克利实验室的研究得出了一些结论。就像晶体管、集成电路和纳米技术的诞生一样，技术的突破往往发生在:

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参考