美研制出新型“4維”晶體管

　　據物理學家組織網報道，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半導體工業和未來計算機領域發展的潮流。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。

　　平面結構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出垂直3維結構的晶體管，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”在傳統平面晶體管上是無法正常工作的。工程師們還計劃研發出更小長度的“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。

　　創建更小的晶體管也需要找到一種新型絕緣體作為介質層來使“門”關閉。據稱，當“門”的長度小于14納米時，傳統晶體管使用的介質就無法正常工作，晶體管關閉時會發生漏電。

　　而此次開發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、產生更少熱量的筆記本電腦。

　　總編輯圈點

　　作為現代歷史中最偉大的發明之一，晶體管可以使用高度自動化的過程進行大規模生產，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、產生更少熱量的筆記本電腦也呼之欲出。