原標(biāo)題:全新納米級(jí)3D晶體管面世
美國麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)利用超薄半導(dǎo)體材料,成功研制出一種全新的納米級(jí)3D晶體管。這是迄今已知最小的3D晶體管,其性能和功能可比肩甚至超越現(xiàn)有硅基晶體管,將為高性能節(jié)能電子產(chǎn)品的研制開辟新途徑。相關(guān)論文發(fā)表于5日出版的《自然·電子學(xué)》雜志。
晶體管是現(xiàn)代電子設(shè)備和集成電路中的基礎(chǔ)元件,具有多種重要功能,包括放大和開關(guān)電信號(hào)。然而,受“玻爾茲曼暴政”這一基本物理限制的影響,硅基晶體管無法在低于一定電壓的條件下工作,這無疑限制了其進(jìn)一步提升性能,以及擴(kuò)展適用范圍。
為打破這一瓶頸,團(tuán)隊(duì)利用由銻化鎵和砷化銦組成的超薄半導(dǎo)體材料,研制出這款新型3D晶體管。該晶體管性能與目前最先進(jìn)的硅晶體管相當(dāng),能在遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶體管的電壓下高效運(yùn)行。
團(tuán)隊(duì)還將量子隧穿原理引入新型晶體管架構(gòu)內(nèi)。在量子隧穿現(xiàn)象中,電子可以穿過而非翻越能量勢(shì)壘,這使得晶體管更容易被打開或關(guān)閉。為進(jìn)一步降低新型晶體管“體型”,他們創(chuàng)建出直徑僅為6納米的垂直納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
測(cè)試結(jié)果顯示,新型晶體管可以更快速高效地切換狀態(tài)。與類似的隧穿晶體管相比,其性能更是提高了20倍。
這款新型晶體管充分利用了量子力學(xué)特性,在幾平方納米內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低電壓操作以及高性能表現(xiàn)。由于該晶體管尺寸極小,因此可將更多該晶體管封裝在計(jì)算機(jī)芯片上,這將為研制出更高效、節(jié)能且功能強(qiáng)大的電子產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
目前,團(tuán)隊(duì)正致力于改進(jìn)制造工藝,以確保整個(gè)芯片上晶體管性能的一致性。同時(shí),他們還積極探索其他3D晶體管設(shè)計(jì),如垂直鰭形結(jié)構(gòu)等。(記者劉霞)