據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月27日(北京時(shí)間)報(bào)道，美國圣母大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家們表示，他們借用量子隧穿效應(yīng)，研制出了性能可與目前的晶體管相媲美的隧穿場效應(yīng)晶體管(TFET)。技術(shù)有望解決目前芯片上晶體管生熱過多的問題，在一塊芯片上集成更多晶體管，從而提高電子設(shè)備的計(jì)算能力。
晶體管是電子設(shè)備的基本組成元件，在過去40年間，科學(xué)家們主要通過將更多晶體管集成到一塊芯片上來提高電子設(shè)備的計(jì)算能力，但目前這條道路似乎已快走到盡頭。業(yè)界認(rèn)為，半導(dǎo)體工業(yè)正在快速接近晶體管小型化的物理極限。現(xiàn)代晶體管的主要問題是產(chǎn)生過多的熱量。
研究表明，他們研制出的TFET性能可與目前的晶體管相媲美，而且能效也較以往有所提高，有望解決上述過熱問題。
科學(xué)家們利用電子能“隧穿”過固體研制出了這種TFET。“隧穿”在人類層面猶如魔術(shù)，但在量子層面，它卻是一種非常常見的行為。
圣母大學(xué)的電子工程學(xué)教授阿蘭·肖寶夫解釋道：“現(xiàn)今的晶體管就像一個(gè)擁有移動(dòng)門的大壩，水流動(dòng)的速度也就是電流的強(qiáng)度取決于門的高度。隧穿晶體管讓我們擁有了一類新的門，電流能夠流過而非翻過這道門，另外，我們也對門的厚度進(jìn)行了調(diào)整以便能打開和關(guān)閉電流。”
賓州州立大學(xué)的電子工程系教授蘇曼·達(dá)塔表示：“技術(shù)進(jìn)展的關(guān)鍵在于，我們將用來建造半導(dǎo)體的材料正確地組合在一起。”
肖寶夫補(bǔ)充道，電子隧穿設(shè)備商業(yè)化的歷史很長，量子力學(xué)隧穿的原理也已被用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中，借用技術(shù)，未來，一個(gè)USB閃存設(shè)備或許能擁有數(shù)十億個(gè)TFET設(shè)備。
科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)說，隧穿晶體管的另一個(gè)好處是，使用它們?nèi)〈壳暗木w管技術(shù)并不需要對半導(dǎo)體工業(yè)進(jìn)行很大的變革，現(xiàn)有的很多電路設(shè)計(jì)和電路制造基礎(chǔ)設(shè)施都可以繼續(xù)使用。
盡管TFET的能效與現(xiàn)有晶體管相比稍遜色，但是，去年12月賓州州立大學(xué)和今年3月圣母大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文已經(jīng)表明，隧穿晶體管在驅(qū)動(dòng)電流方面已經(jīng)取得了創(chuàng)紀(jì)錄的進(jìn)步，未來有望獲得更大的進(jìn)展。
達(dá)塔說：“如果我們在能效上取得更大成功，將是低能耗集成電路上的重大突破，這反過來會(huì)加大我們研制出能自我供能設(shè)備的可能性，自我供能設(shè)備同能量捕獲設(shè)備結(jié)合在一起，有望使我們研制出更的健康檢測設(shè)備、環(huán)境智能設(shè)備以及可移植醫(yī)療設(shè)備。”
