據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，美國普渡大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究人員推出了一項極為應(yīng)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(yù)告了引領(lǐng)半導(dǎo)體工業(yè)和未來計算機領(lǐng)域發(fā)展的潮流。該研究成果將于12月8日至12日在舊金山舉行的國際電子元器件會議上以兩篇論文的形式提交。

平面結(jié)構(gòu)的硅芯片晶體管一直沿用了半個多世紀(jì)，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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)“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(fù)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。

總編輯圈點

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(wù)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。