據(jù)外媒報(bào)道，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的一支團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了到目前為止尺寸最小的晶體管。這種晶體管的柵極線寬可縮小至1納米。qSUesmc

過去多年中，許多工程師都在研究如何縮小集成電路中的元件尺寸。根據(jù)物理定律，5納米被認(rèn)為是傳統(tǒng)半導(dǎo)體柵極線寬的極限，這大約是當(dāng)前市面上高端20納米柵極晶體管的1/4。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室由阿里·加維(Ali Javey)帶領(lǐng)的一支團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種新型晶體管，其柵極線寬只有1納米。作為對比，人類的發(fā)絲寬度約為5萬納米。qSUesmc

加維表示：“我們開發(fā)了到目前為止已報(bào)告的最小的晶體管。柵極線寬可以定義晶體管的尺寸。我們展示了一種1納米柵極的晶體管。利用適當(dāng)?shù)牟牧?。電子元件的尺寸還有很大的優(yōu)化空間。”qSUesmc

這其中的關(guān)鍵是使用碳納米管和二硫化鉬，后者是一種在汽車配件店里常見的發(fā)動機(jī)潤滑劑。qSUesmc

這項(xiàng)研究的首席作者蘇杰伊·德賽伊(Sujay Desai)表示：“半導(dǎo)體行業(yè)一直認(rèn)為，任何線寬小于5納米的柵極都無法工作，因此研究者甚至沒有考慮過這種可能性。通過用二硫化鉬來取代硅，我們可以制造出線寬只有1納米的柵極，并使其起到開關(guān)的作用?！?span style="display:none">qSUesmc

晶體管結(jié)構(gòu)中包括三極，即源極、漏極和柵極。電流從源極流向漏極，并受到柵極的控制。通過施加不同的電壓，柵極可以起到開關(guān)的效果。

硅和二硫化鉬都具備晶格結(jié)構(gòu)，但相對于二硫化鉬，電子在流經(jīng)硅材料時(shí)阻抗更小。當(dāng)柵極線寬超過5納米時(shí)，這是硅材料的優(yōu)勢。然而，如果線寬小于5納米，我們將會看到量子隧穿效應(yīng)，柵極勢壘將無法阻止電子從源極流向漏極。德賽伊表示：“這意味著，我們無法關(guān)閉晶體管。電子將失控。”qSUesmc

由于二硫化鉬的阻抗更高，因此在柵極線寬較小的情況下，電子流動仍可以受控。二硫化鉬材料的厚度還可以進(jìn)一步縮小至原子水平，即約0.65納米，從而帶來更小的介電常數(shù)。介電常數(shù)反映了材料在電場中保存能量的性能。在柵極線寬縮小至1納米時(shí)，這些特性將有助于優(yōu)化對晶體管內(nèi)電流的控制。qSUesmc

這一研究成果已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。加維表示：“這項(xiàng)成果表明，晶體管柵極不再被局限至大于5納米。通過適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料工程和設(shè)備架構(gòu)，摩爾定律將繼續(xù)生效一段時(shí)間?！?span style="display:none">qSUesmc

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