美造出超小型單電子晶體管 組件直徑1.5納米

由美國匹茲堡大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組日前宣布，他們制造出了一種核心組件直徑只有1.5納米的超小型單電子晶體管。該裝置是制造下一代低功耗、高密度超大規(guī)模集成電路理想的基本器件，具有極為廣泛的應(yīng)用價值。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然·納米技術(shù)》雜志上。

單電子晶體管是用一個或幾個電子就能記錄信號的晶體管，其尺度都處于納米級別。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，電子元件的尺寸越來越小，由單電子晶體管組成的電路日益受到研究人員的青睞，其高靈敏度的特性和獨特的電氣性能使其成為未來隨機存儲器和高速處理器制造材料的有力競爭者。

據(jù)研究人員介紹，這種新型單電子晶體管的核心組件是一個直徑只有1.5納米的庫倫島，另外還有一兩個電子負責(zé)對信號進行記錄。負責(zé)該項研究的匹茲堡大學(xué)文理學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教授杰里米·利維稱，該晶體管未來可用于研制具有超密存儲功能的量子處理器。這種處理器將能輕松應(yīng)對那些讓目前全世界所有的計算機同時工作數(shù)年也計算不完的復(fù)雜問題。同時因其中央的庫倫島可以被當(dāng)作人工原子，該晶體管還可用來制造自然界原本并不存在的新型超導(dǎo)材料。

利維和其同事將這種超小型單電子晶體管命名為“SketchSET”。原因在于這項技術(shù)受到了一種名為蝕刻素描畫板（Etch A Sketch）的啟發(fā)，這種晶體管的制造原理也與其類似。在實驗中，通過原子力顯微鏡，研究人員用一種極為尖銳的電導(dǎo)探針就能在鈦酸鍶晶體界面上用1.2納米厚的一層鋁酸鑭“蝕刻”出所需的晶體管。

據(jù)介紹，SketchSET是第一個完全由氧化物制成的單電子晶體管，并且其庫倫島內(nèi)能容納兩個電子。經(jīng)過庫倫島的電子數(shù)量可以是0、1或2，而不同數(shù)量的電子將決定其具有怎樣的導(dǎo)電性能。

利維表示，這種單電子晶體管對電荷極為敏感，且所使用的氧化物材料具有鐵電效應(yīng)，該晶體管還可制成固態(tài)存儲器，即便沒有外部電源，該晶體管存儲器也不會丟失此前存儲的信息。此外，這種晶體管對壓力變化也極為敏感，根據(jù)這一特性可用其來制成納米尺度的高靈敏度壓力傳感設(shè)備。

1959年一個芯片上只能放一個晶體管，今天家用計算機微處理器上的晶體管數(shù)量已達11.7億，是半導(dǎo)體材料支撐起了電子計算機時代。下一代計算機如何發(fā)展？無論是基于單電子晶體管的量子計算機，還是基于蛋白質(zhì)技術(shù)的生物計算機，我們還是要從新材料上找答案。當(dāng)前已經(jīng)有多種單電子晶體管研制出來，也許這些方案將來都派不上用場，然而每次實驗都會向成功邁進一步，最后開啟計算機新時代的新材料一定會在這些實驗中脫穎而出。