美國制造出超小型單電子晶體管

 據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)4月19日（北京時間）報道，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(dú)特的電氣性能使其成為未來隨機(jī)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(fù)責(zé)對信號進(jìn)行記錄。負(fù)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(jī)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(jī)微處理器上的晶體管數(shù)量已達(dá)11.7億，是半導(dǎo)體材料支撐起了電子計算機(jī)時代。下一代計算機(jī)如何發(fā)展？無論是基于單電子晶體管的量子計算機(jī)，還是基于蛋白質(zhì)技術(shù)的生物計算機(jī)，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(jìn)一步，最后開啟計算機(jī)新時代的新材料一定會在這些實驗中脫穎而出。