【導讀】一種外形如同一顆圣誕樹一樣的被稱為“4維”晶體管研制成功,隨著該新品的誕生,速度更快、更緊湊和更高效的集成電路以及更輕、產(chǎn)生更少熱量的筆記本電腦也呼之欲出。
作為現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一,晶體管可以使用高度自動化的過程進行大規(guī)模生產(chǎn),因而可以不可思議地達到極低的單位成本。而低成本、靈活性和可靠性使得其成為非機械任務的通用器件,例如數(shù)字計算。在控制電器和機械方面,晶體管電路也正在取代電機設(shè)備,因為它通常更便宜,更有效。
而據(jù)最新報道,美國普渡大學和哈佛大學的研究人員推出了一項極為應景的新發(fā)明:一種外形如同一顆圣誕樹一樣的新型晶體管,其重要組件“門”(柵極)的長度縮減到了突破性的20納米。這個被稱為“4維”晶體管的新事物預告了引領(lǐng)半導體工業(yè)和未來計算機領(lǐng)域發(fā)展的潮流。
平面結(jié)構(gòu)的硅芯片晶體管一直沿用了半個多世紀,直至去年英特爾公司研發(fā)出垂直3維結(jié)構(gòu)的晶體管,才宣告邁入了3維立體時代。但硅的電子遷移率存在局限性,普渡大學電氣和計算機工程教授葉培德(音譯)表示,若想進一步改進3維晶體管,很可能需要用其他材料來取代硅,其中最有前途的包括半導體材料砷化銦鎵。
新型“4維”晶體管中的3根微型納米線,正是由極具潛力、可望在10年內(nèi)取代硅的砷化銦鎵制成。納米線逐漸變細,形成了一個類似圣誕樹的錐形橫截面。葉培德形象地用樓房來比喻這種新工藝。“一個平房可以容納很多人,但樓層越多,容納的人就越多,晶體管也一樣。”他說,“將晶體管堆疊起來,就能帶來通過電流更多、操作速度更快的高速運算。這種方法增加了一個全新的層面,因此我稱之為4維。”
晶體管通過“門”來實現(xiàn)開啟閉合,引導電流通過。“門”越小,意味著操作速度越快。在目前的3維硅晶體管中,“門”的長度大約為22納米(十億分之一米),這種微小尺度的“門”在傳統(tǒng)平面晶體管上是無法正常工作的。工程師們還計劃研發(fā)出更小長度的“門”,但尺寸減小到不足10納米同時性能得到進一步提升,可能就需要采用硅以外的新材料了。
創(chuàng)建更小的晶體管也需要找到一種新型絕緣體作為介質(zhì)層來使“門”關(guān)閉。據(jù)稱,當“門”的長度小于14納米時,傳統(tǒng)晶體管使用的介質(zhì)就無法正常工作,晶體管關(guān)閉時會發(fā)生漏電。
而此次開發(fā)出的新型晶體管中的納米線涂上了與以往不同的復合絕緣材料——一層4納米厚的鋁酸鑭,再加一層0.5納米厚的氧化鋁。葉培德說,新的超薄介質(zhì)讓研究人員研制的這種砷化銦鎵晶體管擁有長度為20納米的“門”,這是一個里程碑式的成果,有助于研制速度更快、更緊湊和更高效的集成電路以及更輕、產(chǎn)生更少熱量的筆記本電腦。
而隨著“4維”晶體管的研制成功,速度更快、更緊湊和更高效的集成電路以及更輕、產(chǎn)生更少熱量的筆記本電腦也呼之欲出。