北京時(shí)間10月7日晚間消息，美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(以下簡(jiǎn)稱“伯克力實(shí)驗(yàn)室”)教授阿里-加維(Ali Javey)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)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(fā)出了全球最小的晶體管。
1nm晶體管誕生 看看它有什么黑科技
晶體管由三個(gè)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(huì)根據(jù)所施加的電壓打開和關(guān)閉。
伯克力實(shí)驗(yàn)室研究人員蘇杰伊-德賽(Sujay Desai)稱：“長(zhǎng)期以來，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小于5納米的柵極。”
但伯克力實(shí)驗(yàn)室此次開發(fā)出的晶體管的柵極只有1納米。加維說：“我們開發(fā)出了到目前為止已知的最小的晶體管。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納米柵極晶體管，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(jié)果開發(fā)出了只有1納米的柵極。”
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，通過硅流動(dòng)的電子更輕，遇到電阻更小。當(dāng)柵極為5納米或更長(zhǎng)時(shí)，這是硅材料的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但柵極長(zhǎng)度低于5納米時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)了一種被稱為“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：“這意味著我們無法關(guān)閉晶體管，電子完全失控了。”而通過二硫化鉬流動(dòng)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(dǎo)體材料后，接下來就需要來建造柵極。但制造1納米的結(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納米的空心圓柱管。
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：“這項(xiàng)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(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。”
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