全球最小晶体管抛弃硅材料

在10月7日出版的《科学》杂志上，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发表论文称，他们利用碳纳米管和二硫化钼（MoS2），成功制出目前世界最小晶体管，其栅极长度仅有1纳米，这一仅是人类发丝直径五万分之一的尺度，远低于硅基晶体管栅极长度最小5纳米的理论极值。

全球最小晶体管原理图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。