全新納米級3D晶體管面世

科技日報北京11月6日電 （記者劉霞）美國麻省理工學院團隊利用超薄半導體材料，成功研製出一種全新的納米級3D晶體管。這是迄今已知最小的3D晶體管，其性能和功能可比肩甚至超越現有硅基晶體管，將為高性能節能電子產品的研製開闢新途徑。相關論文發表於5日出版的《自然·電子學》雜誌。

晶體管是現代電子設備和集成電路中的基礎元件，具有多種重要功能，包括放大和開關電信號。然而，受“玻爾茲曼暴政”這一基本物理限制的影響，硅基晶體管無法在低於一定電壓的條件下工作，這無疑限制了其進一步提升性能，以及擴展適用範圍。

為打破這一瓶頸，團隊利用由銻化鎵和砷化銦組成的超薄半導體材料，研製出這款新型3D晶體管。該晶體管性能與目前最先進的硅晶體管相當，能在遠低於傳統晶體管的電壓下高效運行。

團隊還將量子隧穿原理引入新型晶體管架構內。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。為進一步降低新型晶體管“體型”，他們創建出直徑僅為6納米的垂直納米線異質結構。

測試結果顯示，新型晶體管可以更快速高效地切換狀態。與類似的隧穿晶體管相比，其性能更是提高了20倍。

這款新型晶體管充分利用了量子力學特性，在幾平方納米內同時實現了低電壓操作以及高性能表現。由於該晶體管尺寸極小，因此可將更多該晶體管封裝在計算機芯片上，這將為研製出更高效、節能且功能強大的電子產品奠定堅實基礎。

目前，團隊正致力於改進製造工藝，以確保整個芯片上晶體管性能的一致性。同時，他們還積極探索其他3D晶體管設計，如垂直鰭形結構等。