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量子隧穿效应“孵出”能效更高的隧穿晶体管

发布时间:2012年03月28日 14:57 | 进入复兴论坛 | 来源: | 手机看视频


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  美国圣母大学和宾夕法尼亚州立大学的科学家们表示,他们借用量子隧穿效应,研制出了性能可与目前的晶体管相媲美的隧穿场效应晶体管(TFET)。最新技术有望解决目前芯片上晶体管生热过多的问题,在一块芯片上集成更多晶体管,从而提高电子设备的计算能力。

  晶体管是电子设备的基本组成元件,在过去40年间,科学家们主要通过将更多晶体管集成到一块芯片上来提高电子设备的计算能力,但目前这条道路似乎已快走到尽头。业界认为,半导体工业正在快速接近晶体管小型化的物理极限。现代晶体管的主要问题是产生过多的热量。

  最新研究表明,他们研制出的TFET性能可与目前的晶体管相媲美,而且能效也较以往有所提高,有望解决上述过热问题。

  科学家们利用电子能“隧穿”过固体研制出了这种TFET。“隧穿”在人类层面犹如魔术,但在量子层面,它却是一种非常常见的行为。

  圣母大学的电子工程学教授阿兰·肖宝夫解释道:“现今的晶体管就像一个拥有移动门的大坝,水流动的速度也就是电流的强度取决于门的高度。隧穿晶体管让我们拥有了一类新的门,电流能够流过而非翻过这道门,另外,我们也对门的厚度进行了调整以便能打开和关闭电流。”

  宾州州立大学的电子工程系教授苏曼·达塔表示:“最新技术进展的关键在于,我们将用来建造半导体的材料正确地组合在一起。”

  肖宝夫补充道,电子隧穿设备商业化的历史很长,量子力学隧穿的原理也已被用于数据存储设备中,借用最新技术,未来,一个USB闪存设备或许能拥有数十亿个TFET设备。

  科学家们强调说,隧穿晶体管的另一个好处是,使用它们取代目前的晶体管技术并不需要对半导体工业进行很大的变革,现有的很多电路设计和电路制造基础设施都可以继续使用。

  尽管TFET的能效与现有晶体管相比稍逊色,但是,去年12月宾州州立大学和今年3月圣母大学的科研团队发表的论文已经表明,隧穿晶体管在驱动电流方面已经取得了创纪录的进步,未来有望获得更大的进展。

  达塔说:“如果我们在能效上取得更大成功,将是低能耗集成电路上的重大突破,这反过来会加大我们研制出能自我供能设备的可能性,自我供能设备同能量捕获设备结合在一起,有望使我们研制出更高效的健康检测设备、环境智能设备以及可移植医疗设备。”

  文/科技日报