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突破物理极限，伯克利实验室成功制造出1nm晶体管

梁俊豪发布于2016-10-08 10:24 / 关键字： 1nm, 半导体工艺, 物理极限, 碳纳米管

半导体行业上的摩尔定律随着科学技术的发展得到了验证，目前能够适用于大规模生产的是14nm工艺，而10nm也已经成功流片蓄势待发，不过因为逐渐逼近晶体管物理极限导致其增长速度放缓，同时业界曾认为硅基半导体的物理极限在3或者5nm。不过美国伯克利实验室首先打破了这一摩尔定律困局，利用碳纳米管和二硫化钼两种新材料成功实现了1nm的晶体管，打破原有物理极限的桎梏。

美国劳伦斯伯克利国家实验室最先在《Science》期刊上发表文章《MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths》，阐述了碳纳米管一直是科技界中的冉冉新星，拥有特殊电气性能二备受重视，而1nm制程下的晶体管大小可能只是几个原子的大小，由中空结构、管壁厚度为一个碳原子的纳米碳管构成负责控制逻辑门中电子流动方向的栅极。配合上源极和漏极之间使用二硫化钼这种二维金属氧化物纳材料，它能够保持单层厚度结构，拥有比硅更低的介电常数，对电子具有更强的束缚力，可以有效防止短沟道以及量子隧穿效应带来的电子移动不受控制，从而导致晶体管无法处于关闭状态，无法形成有效的门电路。因此这个新型晶体管能够在更狭窄的晶体管间隔中有效控制电子流向，从而提高晶体管的性能以及单位面积晶体管密度。
虽然目前试验的1nm晶体管仅仅是作为栅极的碳纳米管是1nm，其沟道还是长达几十纳米，不过还是很多方法缩短沟道长度的，因此这项技术还是具有实用性。
不过1nm的工艺依然是处于实验室初期研发阶段，伯克利实验室尚未找到可行的大规模应用生产的方法，因此距离实际应用仍有一段很长的路要走，需要经历一段很长的技术攻关平台期。不过科学家们总算是找到了一个能够突破原有认知的半导体工艺物理极限的方法，对半导体制程提出了一个全新的方向，很可能会产生深远的影响。

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