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《摩爾定律已死，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展會(huì)停滯嗎？》、《摩爾定律這次真的到頭了！ 》、《存在 50 年的摩爾定律正在失靈？》……近年來(lái)，關(guān)于摩爾定律即將走向盡頭的報(bào)道簡(jiǎn)直數(shù)不勝數(shù)，各方專(zhuān)家也紛紛發(fā)言表態(tài)，支持這一說(shuō)法。如此看來(lái)，這一科技界的鐵律真的沒(méi)有繼續(xù)生存下去的空間了嗎？正當(dāng)我們?yōu)橹苫髧@息之時(shí)，計(jì)算技術(shù)界突然傳來(lái)了一個(gè)好消息：科學(xué)家已將晶體管制程從 14 nm縮減到了 1 nm！這樣，同樣體積的芯片上就能集成更多晶體管，摩爾定律有希望繼續(xù)它的傳奇預(yù)言！

這一巨大突破是由勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)完成的。在阿里·加維（Ali Javey）的帶領(lǐng)下，他們開(kāi)發(fā)出的新型晶體管柵極線寬只有1納米。（很難想象 1 nm到底有多小？以人類(lèi)的發(fā)絲作對(duì)比，后者寬度僅為約 5 萬(wàn)納米。）

　　研究成果

計(jì)算機(jī)技術(shù)界長(zhǎng)時(shí)間都遵循著摩爾定律，為什么現(xiàn)在人們開(kāi)始懷疑它不能持續(xù)下去了呢？根據(jù)物理定律，5 nm被認(rèn)為是傳統(tǒng)半導(dǎo)體柵極線寬的極限，這大約是當(dāng)前市面上高端 20 納米柵極晶體管的 1/4 。而如果晶體管太小，分布太集中，就可能會(huì)產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，這將為芯片制造商帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

伯克力實(shí)驗(yàn)室研究人員蘇杰伊-德賽(Sujay Desai)稱(chēng)：“長(zhǎng)期以來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)一直認(rèn)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(guò)小于5納米的柵極。”

　　研究成果

但伯克利實(shí)驗(yàn)室卻打破傳統(tǒng)界限，開(kāi)發(fā)出了柵極僅有 1 nm 的晶體管。

維說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)出了目前已知最小的晶體管。柵極長(zhǎng)度被用于衡量晶體管的規(guī)格，我們成功研制出 1 nm 柵極晶體管，這意味著只要所選擇的材料適當(dāng)，當(dāng)前的電子零部件還有較大縮減空間。 ”

而德賽稱(chēng)：“我們的研究成果表明，讓柵極低于 5 nm 并非不可能。 一直以來(lái)，人們都是基于硅材料來(lái)縮小電子零部件的體積。但我們放棄了硅材料，選了二硫化鉬，結(jié)果開(kāi)發(fā)出了只有 1 nm 的柵極。”

硅和二硫化鉬都有一個(gè)晶格結(jié)構(gòu)，但與二硫化鉬相比，通過(guò)硅流動(dòng)的電子更輕，遇到電阻更小。當(dāng)柵極為5 nm 或更長(zhǎng)時(shí)，硅材料能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。但柵極長(zhǎng)度低于 5 nm 時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)了一種被稱(chēng)為“隧道效應(yīng)”的量子力學(xué)現(xiàn)象，從而阻止電流從源極流到漏極。

德賽解釋說(shuō)：“這意味著我們無(wú)法關(guān)閉晶體管，電子完全失控了。”而通過(guò)二硫化鉬流動(dòng)的電子更重，因此可以通過(guò)更短的柵極來(lái)控制。

　　研究成果

選定二硫化鉬作為半導(dǎo)體材料后，接下來(lái)就需要來(lái)建造柵極。但制造 1 nm 的結(jié)構(gòu)并不是一件容易的事，傳統(tǒng)的光刻技術(shù)并不適用于這樣小的規(guī)模。 最終，研究人員轉(zhuǎn)向了碳納米管——直徑僅為 1 nm 的空心圓柱管。

經(jīng)研究人員測(cè)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(dòng)。加維說(shuō)：“這項(xiàng)研究表明，我們的晶體管將不再局限于 5 nm 柵極。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料和設(shè)備架構(gòu)，摩爾定律還會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)期生效。”

目前，這一研究還處在初級(jí)階段，《科學(xué)》雜志已刊登該項(xiàng)研究成果。雖然這一研究有望大大提升計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，具有十分重要的指導(dǎo)意義，但是，現(xiàn)階段想要達(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)恐怕還有些困難。畢竟， 在 14 nm 制程下，一個(gè)模具上就有超過(guò) 10 億個(gè)晶體管，而一下子縮小到 1 nm，芯片制造商們可能還需要一段時(shí)間來(lái)緩緩神。