麻省理工学院研发出超薄3D晶体管 或将取代传统硅晶体管
时间：2024-11-14 10:27
小编：小世评选
近日，麻省理工学院（MIT）的研究团队宣布成功研发出一种全新的超薄3D晶体管，标志着电子技术领域的重要突破。这种新型晶体管有可能取代传统的硅晶体管，助力现代电子设备在性能和能效方面的提升，尤其是在快速发展的人工智能领域中，对计算能力的需求日益增长背景下，这项研究成果具有重要的实用价值。
硅晶体管作为当今电子设备中最为关键的基本元件，已在多个领域得到了广泛应用。毫问，硅材料的低成本和良好的导电性使其成为了电子器件的理想选择。随着技术的发展，硅材料的局限性也逐渐显露出来。传统硅晶体管存在着一定的工作电压限制，这种被称为“波尔兹曼暴政”的现象，意味着它们在运行时存在基本的物理限制，从而影响了其性能的提升。因此，科研人员一直在寻找新材料以克服这类限制，为电子设备的发展提供更多的可能性。
MIT团队的创新在于他们采用了由锑化镓和砷化铟组成的超薄半导体材料，借助其特殊的材料特性，成功研制出了一种极为小型化的纳米级3D晶体管。研究人员强调，新的晶体管结构利用了垂直纳米线场效应晶体管（VNFET）技术，在晶体管的布局上采取了垂直定向，这样不仅避免了水平晶体管在电子流管理方面的限制，同时也为其性能的提升提供了保障。
研究成果的相关论文已经在《自然・电子学》上发表，值得注意的是，这项研究得到了全球知名半导体公司英特尔的部分资助。研究团队提到，他们所研发的3D晶体管是目前已知的最小3D晶体管，其尺寸仅为6纳米，且在低电压下依然能够高效运行。尤其是相较于传统硅晶体管，这种新型晶体管在各项性能指标上都具备了相当大的竞争力。
MIT电气工程与计算机科学系的博士后研究员邵燕杰（Yanjie Shao），作为这篇论文的主要作者表示，“我们这项技术的设计，具有完全取代硅晶体管的潜力。它可以广泛应用于目前的硅基电路中，并且效率更高。”他进一步指出，新型晶体管的创新之处在于通过引入量子隧穿原理，使得电子能够更为轻松地穿越能源障碍。这一机制使得三维晶体管在打开或关闭时的能量效率有了显著提高。
麻省理工学院的Donner工程学教授Jesús del Alamo补充道，传统物理学的限制使得我们在半导体功能上只能做到一定程度，而这次的创新突破了这一局限。未来要实现商业化应用还面临诸多挑战，但这一研究成果为半导体行业的未来发展指明了方向。
随着电子设备向着更小型化、更高效能、更低能耗的方向发展，这一新型3D晶体管的问世令人期待。量子隧穿的应用加上超薄结构的实现，使得更多的晶体管可以被集成到同一芯片上，这将为未来的电子设备开辟出更加强大的计算能力和性能稳定性。
参与此次研究的还有来自麻省理工学院核工程与材料科学与工程系的教授Ju Li，以及其博士生和来自其他学术机构的多位研究人员。他们的联合努力彰显了跨学科合作对推动科技进步的重要性。
新型超薄3D晶体管的研制，契合了全球对高效能计算设备的渴望，同时在电力消耗方面实现了革命性的改进。未来随着研究的深入和应用的推广，这一技术或将成为加速计算时代的关键推动力。对于科技界而言，这标志着一个新的起点，也体现了科技进步的无限可能性。
