昂贵的硅芯片可能就此遭遇强敌——美国的一位电子专家最近成功研制出以有机聚合体(也就是塑料) 二极管为基础的电路，而且居然也可以存信息！

编译：胡慧俐


　　塑料导电产品有望填补硅芯片所遗留的一些空白。这些廉价、节能、可塑性强，而且可以获得巨大表面的产品，将在许多领域一展身手。我们生活中必不可少(尽管依赖程度不一)的一些产品，如移动电话、智能芯片卡、汽车、GPS(全球定位系统)导航仪、洗衣机、MP3播放器、火警警报器、照相机、雷达等，它们都有一个共同点：一个以硅为材料的“大脑”。作为电路的载体，无论对于处理器、存储器还是显示屏，硅都是一种无法替代的材料。但是市场的发展需要我们把电路做得无限复杂、无限袖珍，制造硅集成电路的投入因而也越来越大。于是另一种材料引起了人们的兴趣，一种平常、普通的材料：它就是塑料。塑料作为一种聚合物，在柔软度、可延展性和价格方面都体现出不可比拟的优势。然而，众所周知塑料是绝缘体，要用它来做电路的载体，似乎是先天不足。

　　不过自上个世纪70年代开始，我们已经掌握了制造有机聚合物导体的技术。甚至这种材料已经用于照明(参看《OLED，照明世界的新革命》，《新发现》2006年1月号)。现在所要攻克的难题就是如何把它应用于电子产品的核心——计算和存储。2005年11月，这个课题有了突破性的进展：美国俄亥俄州立大学电气与计算机工程系的保罗·贝尔格教授带领他的研究小组成功地研制出一个塑料二极管!它可不是发光二极管(Lighting Emitting Diode，缩写为LED)，而是原始意义上的二极管：只允许电流单向通行。我们迈出了通向逻辑电路的第一步！事实上，当他们把两个这样的二极管连在一个晶体管上的时候，保罗·贝尔格教授的研究小组制成了一个可以存储1比特信息量（1或0）的存储器。1比特，这可是信息技术最基本的单位。当然，对于生产一个完整的电脑来说，这个1比特只能算沧海一粟。但是对电子科学的研究来说，这个1比特却代表着巨大的进步！

　　其实一切都在偶然中开始。2003年，保罗·贝尔格教授在查看学生提供的太阳能塑料电池板试验数据的时候，发现原本应该平滑的曲线上出现了一个突起的峰值，这引起了他的注意。凭借着一个电子专家的火眼金睛，贝尔格教授马上从中看到了线索：这是意外出现负阻抗(Negative differential resistance，缩写为NDR)的信号。在负阻抗区域内，电流随着电压的增大而减小。负阻抗也意味着“隧穿”效应的出现，这一量子效应可以让电子越过绝缘障碍。负阻抗正是被电子专家们称为“隧穿二极管”的不可缺少的要素。隧穿二极管可以大大简化逻辑电路。但至今还从未见过用塑料制成此类二极管！

“不但可重复制造而且可靠”

　　其实，这倒不怪研究聚合物的化学家们没有尝试。而是他们把更多的精力放在了研究单个的分子上，因为这样最有可能把芯片做到最小。但这样一来，实验的条件就很苛刻，必须在非常低的温度中进行，而且结果并不稳定。相反，保罗·贝尔格教授观察到的负阻抗不是在单个分子上出现，而是在整块材料上出现。对此，他暂时不作解释，只是趁热打铁，带领两个学生手脚麻利地研制了一个性能稳定的隧穿二极管。更妙的是，这个二极管可以在常温下正常运作！他的这一成功得到了业内权威专家的认可和赞赏。美国宾夕法尼亚州立大学薄膜材料研究中心的汤姆·杰克逊教授说到：“贝尔格教授研究小组的发现第一次向我们展示了生产塑料存储器的可能性。这种存储器不但可重复制造而且可靠。这是一个飞跃。”如今要做的就是把这个实验室成果转化为工业产品。首先，要进一步扩大战果。贝尔格教授说：“为了研究聚合体导电的可行性，我们做的这个迷你存储电路中用的晶体管还是硅材料的。现在我们预备用塑料做一个完整的电路。”其次，还要为现在边长不过几毫米的二极管继续“瘦身”，争取做到纳米级。贝尔格教授认为这一想法完全可以实现，但不是由他来实现。他解释说：“作为科学家，我更愿意花时间深入研究负阻抗现象是如何出现在我们的二极管中的。但这并不妨碍某个企业家在未来一到两年内把用我们的技术制造出的商品推向市场。”也就是说，塑料二极管的商业开发指日可待，并且它确实已经引起工业人士们的强烈兴趣。

　　这当然是因为塑料电路独特的生产技术使它的成本非常低，而且它所带来的技术优势也是明显的：遂穿二极管的出现使3个组件（2个二极管和1个晶体管）就可以构成一个存储单位。而一般情况下，这一功能需要6个晶体管才能实现。所以，我们可以期待廉价、节能的迷你型存储器的出现。这对数字电话和数码相机制造业来说可是个好消息。

硅材料仍将保持优势

　　但高分子聚合物的优点不止于此：摆脱了原材料成本的限制，塑料电路在某些对透明性、柔软性和表面积有特殊要求的应用领域中是几乎完美的材料。