美國能源署(DOE)旗下勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人員稱已開發(fā)出1納米(1nm)晶體管，打破了過去業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的5nm晶體管物理限制，長久以來主宰半導(dǎo)體市場的摩爾定律正在遭遇挑戰(zhàn)。
 
　　1nm晶體管由勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Ali Javey所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)。長久以來，晶體管柵極長度一直被認(rèn)為很難突破物理限制，但我們展示的1nm晶體管選擇了適當(dāng)?shù)牟牧希瑢⑹刮磥淼碾娮赢a(chǎn)品有更多的微縮空間。
 
　　1nm晶體管由碳納米管和二硫化鉬(MoS2)，這是一種常見于汽車配件商店的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油。二硫化鉬在發(fā)光二極管(LED)、激光(Laser)、納米晶體管，太陽能電池等領(lǐng)域中有著巨大應(yīng)用潛力。

  
 
　　參與這項(xiàng)研究的科學(xué)家Sujay Desai指出，半導(dǎo)體行業(yè)一直認(rèn)為尺寸小于5nm的柵極就無法運(yùn)作了，因而不考慮5nm以下的工藝尺寸。而這次的研究則表明小于5nm柵極的研究不應(yīng)被忽視。“產(chǎn)業(yè)界一直在設(shè)法擠出硅的最后一點(diǎn)效能，通過將硅換成二硫化鉬，我們可以用一個(gè)長度僅1nm的柵極制作晶體管，并使其具有開關(guān)功能。”
 
當(dāng)“電子失去控制”
 
　　該晶體管由三部份組成：一個(gè)源極，一個(gè)漏極，和一個(gè)柵極。電流從源極流到漏極，由柵極控制電流，并響應(yīng)施加的電壓而開啟或關(guān)閉。
 
　　硅和二硫化鉬都具有晶格結(jié)構(gòu)，但與二硫化鉬相比，流過硅的電子較輕且阻力較小。當(dāng)柵極在5nm或更大尺寸時(shí)這是一個(gè)好消息。但在5nm以下便會(huì)面臨稱之為穿隧效應(yīng)的量子物理現(xiàn)象，柵極障壁無法再讓電流從源極流到漏極。
 
　　“這意味著我們不能關(guān)閉晶體管，”Desai說。“電子已經(jīng)失去控制。”
 
　　由于流經(jīng)MoS2電子更重，因而可用較小的柵極來控制電流。二硫化鉬還可以微縮到原子級，約0.65nm厚，并具有較低的介電常數(shù)，具有在電場中儲(chǔ)存能量的能力。
  
　　選用二硫化鉬做為半導(dǎo)體材料后，研究人員開始制作柵極，但迄今業(yè)內(nèi)并沒有適用1nm規(guī)模的光刻技術(shù)，因而研究人員采用了直徑僅有1nm的空心圓柱碳納米管。對器件進(jìn)行的電性能測量表明，碳納米管能有效控制電子的流動(dòng)。
 
　　Javey表示，這項(xiàng)研究證實(shí)了其團(tuán)隊(duì)的概念。他們尚未將晶體管封裝到芯片上。但他也指出，未來晶體管將不再受限于5nm柵極，通過改變半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)，摩爾定律還會(huì)持續(xù)下去。