近日，美國麻省理工學院（MIT）的研究團隊宣布了一項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。這一創新成果不僅突破了傳統硅晶體管的物理性能局限，還展示了量子效應和垂直納米線結構在電子設備設計中的巨大潛力。
硅晶體管作為現代電子設備的核心組件，一直以來都受到其物理性能局限的困擾，特別是在低電壓運行環境下。這一限制被稱為“波爾茲曼暴政”，已成為阻礙電子技術進一步發展的重大難題。為了克服這一限制，MIT團隊利用銻化鎵和砷化銦組成的超薄半導體材料，成功研發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晶體管（VNFET）技術，通過垂直結構管理電子流，有效規避了傳統水平晶體管的限制。據悉，該晶體管的直徑僅為6納米，能夠在遠低于傳統硅晶體管的電壓下高效運行，同時性能與之媲美。這一成果被認為是對現有硅基技術的有力挑戰，并為高性能電子器件的開發提供了新路徑。 除了垂直納米線結構外，MIT團隊還創新性地將量子隧穿原理引入晶體管設計中。在量子隧穿現象中，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閉。利用量子力學特性，這些晶體管能夠在幾平方納米內同時實現低電壓運行和高性能，從而在芯片上集成更多的3D晶體管，有望開發出更快、更強的電子設備，同時更節能。 MIT博士后、新晶體管論文的主要作者邵燕杰（Yanjie Shao）表示：“這項技術有可能取代硅，你可以任意將其用于現有的硅晶體管領域，且效率更高。”這一技術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備設計思路。 麻省理工學院電氣工程與計算機科學系的Donner工程學教授Jesús del Alamo對這一成果給予了高度評價。他認為，這一技術突破了傳統物理學的限制，展示了全新的可能性。盡管商業化道路上仍有許多挑戰需要克服，但從概念上講，這無疑是一個重大的突破。 這一創新成果不僅將對高性能電子器件的開發產生深遠影響，還將在多個行業引發廣泛應用。在智能設備領域，未來的智能手機和筆記本電腦可以在保持原有性能的基礎上，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，延長設備電池的使用壽命。而在數據密集型的應用如人工智能和大數據分析中，這種晶體管的高性能將大大提升計算效率，推動相關業務的發展。 |
