科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

美國(guó)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(kāi)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(kāi)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(wú)法在低于一定電壓的條件下工作，這無(wú)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(guò)而非翻越能量勢(shì)壘，這使得晶體管更容易被打開(kāi)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(xiàn)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(lèi)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。