據外媒報道，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的一支團隊開發出了到目前為止尺寸最小的晶體管。這種晶體管的柵極線寬可縮小至1納米。
過去多年中，許多工程師都在研究如何縮小集成電路中的元件尺寸。根據物理定律，5納米被認為是傳統半導體柵極線寬的極限，這大約是當前市面上高端20納米柵極晶體管的1/4。
勞倫斯伯克利國家實驗室由阿里·加維（Ali Javey）帶領的一支團隊開發出了一種新型晶體管，其柵極線寬只有1納米。作為對比，人類的發絲寬度約為5萬納米。
加維表示：“我們開發了到目前為止已報告的最小的晶體管。柵極線寬可以定義晶體管的尺寸。我們展示了一種1納米柵極的晶體管。利用適當的材料。電子元件的尺寸還有很大的優化空間。”
這其中的關鍵是使用碳納米管和二硫化鉬，后者是一種在汽車配件店里常見的發動機潤滑劑。
這項研究的首席作者蘇杰伊·德賽伊（Sujay Desai）表示：“半導體行業一直認為，任何線寬小于5納米的柵極都無法工作，因此研究者甚至沒有考慮過這種可能性。通過用二硫化鉬來取代硅，我們可以制造出線寬只有1納米的柵極，并使其起到開關的作用。”
晶體管結構中包括三極，即源極、漏極和柵極。電流從源極流向漏極，并受到柵極的控制。通過施加不同的電壓，柵極可以起到開關的效果。
硅和二硫化鉬都具備晶格結構，但相對于二硫化鉬，電子在流經硅材料時阻抗更小。當柵極線寬超過5納米時，這是硅材料的優勢。然而，如果線寬小于5納米，我們將會看到量子隧穿效應，柵極勢壘將無法阻止電子從源極流向漏極。德賽伊表示：“這意味著，我們無法關閉晶體管。電子將失控。”
由于二硫化鉬的阻抗更高，因此在柵極線寬較小的情況下，電子流動仍可以受控。二硫化鉬材料的厚度還可以進一步縮小至原子水平，即約0.65納米，從而帶來更小的介電常數。介電常數反映了材料在電場中保存能量的性能。在柵極線寬縮小至1納米時，這些特性將有助于優化對晶體管內電流的控制。
這一研究成果已發表在《科學》雜志上。加維表示：“這項成果表明，晶體管柵極不再被局限至大于5納米。通過適當的半導體材料工程和設備架構，摩爾定律將繼續生效一段時間。”
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