3、纳米计算：缺陷与容错技术的前沿探索

纳米计算：缺陷与容错技术的前沿探索

1. 纳米尺度技术中的器件考量

1.1 碳纳米管场效应晶体管（CNFET）的潜力

碳纳米管凭借其独特的物理特性，吸引了物理学家、器件工程师和电路设计师的关注。研究人员已着手挖掘这些纳米器件的潜力，尝试将基于碳纳米管的晶体管应用于下一代集成电路设计中。尽管目前对这些器件的理解仍需深入，且部分理论成果尚未在实验中得到验证，但碳纳米管展现出了巨大的应用前景。

与现代硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）相比，制造性能相当的 CNFET 仍面临诸多挑战，尤其是可靠生产方面。不过，碳纳米管具有超小尺寸、可靠且高载流能力以及强大的机械性能，使其在全球范围内探索的众多非硅革命性器件中脱颖而出。

1.2 分子二极管和开关

除了碳纳米管，其他分子器件也逐渐受到关注。最简单的分子电子元件——两个金属电极之间的单个分子，已被多个研究小组成功实现，并展现出多种电荷输运行为，如导电间隙、库仑阻塞、电流整流、双稳态开关、负微分电阻（NDR）和近藤共振等。

研究发现，分子的选择对金属 - 分子 - 金属结的操作起着关键作用。同时，由于实验和理论分析结果的一致性有限，分子与电极之间的界面也受到了越来越多的关注。替代电极材料可能会引发独特的电荷输运现象，例如自组装有机单分子层在硅上可实现电流整流。

近期研究表明，苯乙烯和 2,2,6,6 - 四甲基 - 1 - 哌啶氧基（TEMPO）在连接金属（金）和硅时表现出 NDR 效应。在约 2.5 V 的偏置电压下，这两种分子均呈现出明显的 NDR 效应，可用于降低动态随机存取存储器（DRAM）的刷新频率，从而减少总功耗。