隨著物理極限的臨近，人們普遍認(rèn)為摩爾定律，即可以進(jìn)入集成電路的硅晶體管數(shù)量每?jī)赡暝黾右槐?，將?025年左右失效。
但是澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)(RMIT University)的研究人員認(rèn)為，他們開發(fā)的金屬基地發(fā)射空氣通道晶體管(ACT)可以在20年內(nèi)維持摩爾定律。ACT設(shè)備不需要半導(dǎo)體。
相反，在兩個(gè)面內(nèi)使用對(duì)稱的金屬電極(源極和漏極)分離小于35納米的空氣間隙，底部用金屬門調(diào)整發(fā)射場(chǎng)。納米大小的空氣間隙寬度小于空氣中電子的平均自由路徑，因此電子可以在室溫下通過空氣，而不會(huì)散射?！芭c需要用硅作為底座的傳統(tǒng)晶體管不同，我們的部件使用自下而上制造方法。
如果能確定最佳的空氣間隙，就能建立完整的3D晶體管網(wǎng)絡(luò)。12月發(fā)表在Nano Letters上的新晶體管論文的第一作者Shruti Nirantar說。“這意味著不追求小型化，而是集中在緊湊的3D體系結(jié)構(gòu)上，每單位可以使用更多的晶體管。
用金屬和空氣代替半導(dǎo)體作為晶體管的主要組成部分有很多優(yōu)點(diǎn)。RMIT功能材料和微系統(tǒng)研究組的候選人Nirantar博士說。制造晶體管基本上是鋪設(shè)發(fā)射器和收集器，限制空氣間隙的單階段過程。ACT生產(chǎn)工藝使用標(biāo)準(zhǔn)硅制造工藝，但不需要摻雜、熱處理、氧化、硅化物形成等一系列步驟，生產(chǎn)成本大幅削減。
另外，用金屬代替硅意味著這些ACT部件可以在所有介質(zhì)表面制造，下面的襯里可以利用底部金屬網(wǎng)格有效地調(diào)節(jié)從源極到泄漏極的發(fā)射電流?！癆CT裝置可以建在超薄玻璃、塑料和彈性體上，”Niranta說。
“因此，它可以應(yīng)用于可穿戴設(shè)備。
“交換空間電路的固態(tài)通道晶體管是另一個(gè)潛在應(yīng)用。由于電子在電極之間流動(dòng)，就像在真空中流動(dòng)一樣，輻射不會(huì)影響通道特性，因此ACT設(shè)備可以應(yīng)用于極端輻射和宇宙環(huán)境?，F(xiàn)在，研究人員測(cè)試了多種來源和漏水構(gòu)成，并獲得了理論證據(jù)，證明使用更具耐性的材料來提高零部件穩(wěn)定性和提高效率是下一步。
在制作ACT原型時(shí)，研究人員使用電子束光刻及薄膜沉積，鎢、金、鎢是首選金屬。Niranta表示：“由于電極金屬端可以集中電場(chǎng)局部融化，因此還需要優(yōu)化工作電壓。”“這降低了他們的清晰度和發(fā)射效率。
因此，我們正在研究提高集電極效率、減少發(fā)射極壓力的方法。“她相信這將在未來兩年內(nèi)完成。展望未來，Niranta指出，ACT的理論速度在太赫茲范圍內(nèi)約為目前半導(dǎo)體零部件工作速度的1萬倍。
因此，為了證明其操作局限性，還需要進(jìn)一步的研究。她補(bǔ)充道，“商業(yè)化的情況下，Niranta表示，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得產(chǎn)業(yè)制造設(shè)備及相關(guān)支持是擴(kuò)展3D晶體管網(wǎng)絡(luò)的必要條件。有了這些支持和充足的研究經(jīng)費(fèi)，商用級(jí)金屬基地發(fā)射空氣通道晶體管有可能在10年內(nèi)開發(fā)出來，這是一個(gè)大致的時(shí)間。如果找到合適的合作對(duì)象，這一切都可能發(fā)生得更快?！?/p>
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