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全新納米級3D晶體管面世
美國麻省理工學院團隊利用超薄半導體材料,成功研制出一種全新的納米級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)品的研制開辟新途徑。相關(guān)論文發(fā)表於5日出版的《自然·電子學》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,包括放大和開關(guān)電信號。然而,受“玻爾茲曼暴政”這一基本物理限制的影響,硅基晶體管無法在低於一定電壓的條件下工作,這無疑限制了其進一步提升性能,以及擴展適用范圍。
為打破這一瓶頸,團隊利用由銻化鎵和砷化銦組成的超薄半導體材料,研制出這款新型3D晶體管。該晶體管性能與目前最先進的硅晶體管相當,能在遠低於傳統(tǒng)晶體管的電壓下高效運行。
團隊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,電子可以穿過而非翻越能量勢壘,這使得晶體管更容易被打開或關(guān)閉。為進一步降低新型晶體管“體型”,他們創(chuàng)建出直徑僅為6納米的垂直納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
測試結(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特性,在幾平方納米內(nèi)同時實現(xiàn)了低電壓操作以及高性能表現(xiàn)。由於該晶體管尺寸極小,因此可將更多該晶體管封裝在計算機芯片上,這將為研制出更高效、節(jié)能且功能強大的電子產(chǎn)品奠定堅實基礎(chǔ)。
目前,團隊正致力於改進制造工藝,以確保整個芯片上晶體管性能的一致性。同時,他們還積極探索其他3D晶體管設(shè)計,如垂直鰭形結(jié)構(gòu)等。(記者劉霞)
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