近日，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)宣布了一項(xiàng)具有重大突破性的研究成果——成功研制出一種全新的納米級3D晶體管。這一創(chuàng)新成果不僅突破了傳統(tǒng)硅晶體管的物理性能局限，還展示了量子效應(yīng)和垂直納米線結(jié)構(gòu)在電子設(shè)備設(shè)計中的巨大潛力。
硅晶體管作為現(xiàn)代電子設(shè)備的核心組件，一直以來都受到其物理性能局限的困擾，特別是在低電壓運(yùn)行環(huán)境下。這一限制被稱為“波爾茲曼暴政”，已成為阻礙電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重大難題。為了克服這一限制，MIT團(tuán)隊(duì)利用銻化鎵和砷化銦組成的超薄半導(dǎo)體材料，成功研發(fā)出了一種全新的納米級3D晶體管。 這種全新的3D晶體管采用了垂直納米線場效應(yīng)晶體管（VNFET）技術(shù)，通過垂直結(jié)構(gòu)管理電子流，有效規(guī)避了傳統(tǒng)水平晶體管的限制。據(jù)悉，該晶體管的直徑僅為6納米，能夠在遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硅晶體管的電壓下高效運(yùn)行，同時性能與之媲美。這一成果被認(rèn)為是對現(xiàn)有硅基技術(shù)的有力挑戰(zhàn)，并為高性能電子器件的開發(fā)提供了新路徑。 除了垂直納米線結(jié)構(gòu)外，MIT團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新性地將量子隧穿原理引入晶體管設(shè)計中。在量子隧穿現(xiàn)象中，電子可以穿過而非翻越能量勢壘，這使得晶體管更容易被打開或關(guān)閉。利用量子力學(xué)特性，這些晶體管能夠在幾平方納米內(nèi)同時實(shí)現(xiàn)低電壓運(yùn)行和高性能，從而在芯片上集成更多的3D晶體管，有望開發(fā)出更快、更強(qiáng)的電子設(shè)備，同時更節(jié)能。 MIT博士后、新晶體管論文的主要作者邵燕杰（Yanjie Shao）表示：“這項(xiàng)技術(shù)有可能取代硅，你可以任意將其用于現(xiàn)有的硅晶體管領(lǐng)域，且效率更高。”這一技術(shù)的突破不僅在于其尺寸的縮小和性能的提升，更在于其開啟了全新的電子設(shè)備設(shè)計思路。 麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系的Donner工程學(xué)教授Jesús del Alamo對這一成果給予了高度評價。他認(rèn)為，這一技術(shù)突破了傳統(tǒng)物理學(xué)的限制，展示了全新的可能性。盡管商業(yè)化道路上仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，但從概念上講，這無疑是一個重大的突破。 這一創(chuàng)新成果不僅將對高性能電子器件的開發(fā)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，還將在多個行業(yè)引發(fā)廣泛應(yīng)用。在智能設(shè)備領(lǐng)域，未來的智能手機(jī)和筆記本電腦可以在保持原有性能的基礎(chǔ)上，顯著減小體積與重量，滿足日益增長的輕薄便攜需求。在視頻游戲領(lǐng)域，這種新晶體管既能提供更高的圖形處理效率，也能降低功耗，延長設(shè)備電池的使用壽命。而在數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用如人工智能和大數(shù)據(jù)分析中，這種晶體管的高性能將大大提升計算效率，推動相關(guān)業(yè)務(wù)的發(fā)展。 |
