全球最小晶體管原理圖

北京時間10月7日晚間消息，美國勞倫斯伯克力國家實驗室(以下簡稱“伯克力實驗室”)教授阿里-加維(Ali Javey)領導的一個研究小組日前利用碳納米管和一種稱為二硫化鉬的化合物開發出了全球最小的晶體管。

晶體管由三個終端組成：源極(Source)、漏極(Drain)和柵極(Gate)。電流從源極流到漏極，由柵極來控制，后者會根據所施加的電壓打開和關閉。

伯克力實驗室研究人員蘇杰伊-德賽(Sujay Desai)稱：“長期以來，半導體行業一直認為，任何小于5納米的柵極都不可能正常工作。因此，人們之前從未考慮過小于5納米的柵極。”

但伯克力實驗室此次開發出的晶體管的柵極只有1納米。加維說：“我們開發出了到目前為止已知的最小的晶體管。柵極長度被用于衡量晶體管的規格，我們成功研制出1納米柵極晶體管，這意味著只要所選擇的材料適當，當前的電子零部件的提及還有較大縮減空間。 ”

而德賽稱：“我們的研究成果表明，低于5納米的柵極不是不可能的。一直以來，人們都是基于硅材料來縮小電子零部件的體積。而我們放棄了硅材料，選了二硫化鉬，結果開發出了只有1納米的柵極。”

硅和二硫化鉬都有一個晶格結構，但與二硫化鉬相比，通過硅流動的電子更輕，遇到電阻更小。當柵極為5納米或更長時，這是硅材料的一個優勢。但柵極長度低于5納米時，就會出現了一種被稱為“隧道效應”的量子力學現象，從而阻止電流從源極流到漏極。

德賽解釋說：“這意味著我們無法關閉晶體管，電子完全失控了。”而通過二硫化鉬流動的電子更重，因此可以通過更短的柵極來控制。

選定二硫化鉬作為半導體材料后，接下來就需要來建造柵極。但制造1納米的結構并不是一件容易的事，傳統的光刻技術并不適用于這樣小的規模。最終，研究人員轉向了碳納米管，直徑僅為1納米的空心圓柱管。

經研究人員測試顯示，采用碳納米管柵極的二硫化鉬晶體管能夠有效控制電子流動。加維說：“這項研究表明，我們的晶體管將不再局限于5納米柵極。通過使用適當的半導體材料和設備架構，摩爾定律還會繼續長期生效。”