10、超越太空科學的范疇：高抗干擾的電子設計要求

　　自有生民之初，人類對于太空便深為著迷。在任何時代，星光點點的天空總是令人引發無限的想像力。科學小說在文學作品與娛樂媒體中相當流行。太空旅行和探險一直是所有時代熱門的話題，并且是國際紛爭、主權彰顯、國力與國防安全的課題。美國將太空人送上月球距今已有40年的時間。如此驚人的壯舉在人類歷史上具有無與倫比的意義。

　　其他國家也積極計劃登陸月球，準備迎頭趕上美國，其中以中國與印度最為積極，不過，登陸月球需要相當大的投資，是相當艱鉅的壯舉。NASA計劃明年將太空梭除役，而戰神一號運載火箭至少必須等到2014年才能建造完成。這使得冷戰時期美俄太空競賽中，積極發展的美國無法再將太空人送上太空，而必須借用俄羅斯蘇式火箭（Russian Soyuz rocket）。

　　大多數人都曾經聽過星艦迷航記（Star Trek）的寇克艦長的名言：「太空是等待我們開拓的終極邊疆！」太空旅行是科幻小說愛好者的夢想，不過，對于在太空產業工作的人而言，太空也是人類與電子產品難以挑戰的極限。沒有經過長期大量的投入，沒有人或裝置能夠長久待在太空中。

　　大家可能會很訝異，太陽是一個持續運轉、自我維持的核反應星體，向地球排放的大量能源與致命的輻射，所幸，地球的磁場能夠保護我們，阻絕其中大部份的輻射，使外來的輻射就像是河流之中流經石頭的水一般。只要觀看北極光，就能夠約略瞭解如此的輻射是什么景況，由于地球兩極的磁場較弱，因此外來的輻射使大氣層離子化。請見圖1。

　　地球的大氣層能夠阻絶外來的輻射，所造成的影響有好有壞，好的影響是外來的輻射不斷重建地球的臭氧層，保護人類不接觸太陽的紫外線（UV）輻射，不過，外來的輻射也會產生具破壞力的地面中子，在人體衰老的過程中，這些地面中子會造成細胞隨著時間的推移而損傷。

　　在地面或海面上，暴露于地面中子的比例約為每平方公司10個中子，這些中子會造成電子產品的電路或邏輯不穩定。中子進入半導體晶片時，與其他塬子碰撞后會釋放少量的能量，導致塬子大小的核分裂，產生足以干擾積體電路的能量。記憶體系統或高復雜度IC的使用者相當關注這方面的干擾。例如，許多電腦當機的真正元兇并不一定是Microsoft，而可能是其中一個積體電路中重要的電路節點發生中子撞擊所造成的反應所致。圖2所示即為這方面的說明。

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　　11、全球首款革命性石墨稀處理器問世

　　波蘭的Digital Core Design是全球知名的設計實驗室，該機構日前宣布，已經開發出全球首款采用石墨稀（Graphene）制造的處理器BYT-ON。

　　2004年，人們首度發現石墨稀是一種碳同位素異構體（allotrope of carbon）。石墨稀是由單層碳原子緊密堆積成蜂窩狀的平面二維晶格結構，它與許多傳統材料截然不同。石墨稀本質上是一種半金屬或零間隙的半導體。其Ek關系在接近二維六角形布里淵區（Brillouin zone）的六個角附近是低能帶線性的，這導致了電子和空穴的有效質量為零。由于這些在低能帶的線性擴散效應，接近這六個點的電子與空穴會表現出如同狄拉克方程（Dirac equation）針對自旋1/2粒子所描述的相對論粒子（relativistic particles）行為。

　　最終結果便是獲得能以相對論速度傳輸電子信號的石墨稀導體，以石墨稀為基礎的晶體管能夠達到比傳統硅元件快上許多數量級的開關速度，而且功耗更低。石墨稀一直是科學研究人員夢寐以求的材料，事實上，2010年，曼徹斯特大學（University of Manchester）的Andre Geim和Konstantin Novoselov便是以“For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”獲得諾貝爾物理獎。

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　　12、世界首款化學電路問世

　　克拉斯•泰布蘭德（Klas Tybrandt）是瑞典林雪平大學（Linkoping University）有機電子博士生，他已開發出一種集成化學芯片。這項成果剛剛發表在5月29日的《自然•通訊》上。

　　林雪平大學有機電子研究小組先前曾開發出離子晶體管，用于傳遞正離子和負離子，以及生物分子。泰布蘭德目前已成功合并兩種類型的晶體管，制成互補電路，在方式上類似傳統的硅基電子產品。

　　化學電路的優點是電荷載體由化學物質組成，具有各種功能。這意味著，我們現在有了新的機遇，可以控制和調節人體內的細胞信號通路。

　　“例如，我們可以發送信號給肌肉突觸，那里的信號系統由于某種原因，可能無法正常工作。我們知道，我們的芯片適合使用常見的信號物質，例如乙酰膽堿，”馬格努斯•貝格倫（Magnus Berggre）說，他是有機電子教授，也是研究小組的領導。

　　開發的離子晶體管可以控制和傳遞離子和帶電生物分子，這是三年前開始的，開發者泰布蘭德和貝格倫分別是林雪平大學科技系有機電子博士生和教授。這款晶體管后來派上用場，瑞典卡羅林斯卡醫學院（Karolinska Institutet）的研究人員用來控制傳遞信號物質乙酰膽堿，傳遞給單個細胞。這項研究結果發表在著名的跨學科期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS：Proceedings of the National Academy of Sciences）上。

　　離子雙極型晶體管攜手林雪平大學信息編碼教授羅伯特•弗奇黑莫（Robert Forchheimer），泰布蘭德現在邁出了新的一步，開發出化學芯片，這種芯片包含邏輯門，如與非門（NAND gates），可以實現所有邏輯功能。

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