全球最小晶体管抛弃硅材料

全球最小晶体管原理图

北京时间10月7日晚间消息，美国劳伦斯伯克力国家实验室(以下简称"伯克力实验室")教授阿里-加维(Ali Javey)领导的一个研究小组日前利用碳纳米管和一种称为二硫化钼的化合物开发出了全球最小的晶体管。

晶体管由三个终端组成：源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate)。电流从源极流到漏极，由栅极来控制，后者会根据所施加的电压打开和关闭。

伯克力实验室研究人员苏杰伊-德赛(Sujay Desai)称："长期以来，半导体行业一直认为，任何小于5纳米的栅极都不可能正常工作。因此，人们之前从未考虑过小于5纳米的栅极。"

但伯克力实验室此次开发出的晶体管的栅极只有1纳米。加维说："我们开发出了到目前为止已知的最小的晶体管。栅极长度被用于衡量晶体管的规格，我们成功研制出1纳米栅极晶体管，这意味着只要所选择的材料适当，当前的电子零部件的提及还有较大缩减空间。 "

而德赛称："我们的研究成果表明，低于5纳米的栅极不是不可能的。一直以来，人们都是基于硅材料来缩小电子零部件的体积。而我们放弃了硅材料，选了二硫化钼，结果开发出了只有1纳米的栅极。"

硅和二硫化钼都有一个晶格结构，但与二硫化钼相比，通过硅流动的电子更轻，遇到电阻更小。当栅极为5纳米或更长时，这是硅材料的一个优势。但栅极长度低于5纳米时，就会出现了一种被称为"隧道效应"的量子力学现象，从而阻止电流从源极流到漏极。

德赛解释说："这意味着我们无法关闭晶体管，电子完全失控了。"而通过二硫化钼流动的电子更重，因此可以通过更短的栅极来控制。

选定二硫化钼作为半导体材料后，接下来就需要来建造栅极。但制造1纳米的结构并不是一件容易的事，传统的光刻技术并不适用于这样小的规模。最终，研究人员转向了碳纳米管，直径仅为1纳米的空心圆柱管。

经研究人员测试显示，采用碳纳米管栅极的二硫化钼晶体管能够有效控制电子流动。加维说："这项研究表明，我们的晶体管将不再局限于5纳米栅极。通过使用适当的半导体材料和设备架构，摩尔定律还会继续长期生效。"(李明)