智能手機包含數(shù)十億個被稱為晶體管的微小開關(guān)，這些開關(guān)讓我們可以處理除打電話之外的無數(shù)任務(wù)——發(fā)短信、在社區(qū)導(dǎo)航、自拍和在網(wǎng)絡(luò)上搜索。這些開關(guān)包括一個導(dǎo)電通道，它的電導(dǎo)率可以通過一個柵終端來改變，柵終端通過一個只有5到6個原子厚的介電薄膜從通道中分離出來。

根據(jù)摩爾定律(Moore's law)，晶體管在過去50年里一直在小型化。摩爾定律觀察到，一塊芯片上的晶體管數(shù)量大約每18個月就會增加一倍，而成本則會減半，但現(xiàn)在已經(jīng)到了不能再進(jìn)一步擴(kuò)大晶體管的地步。

博科園-科學(xué)科普：在《應(yīng)用物理快報》(Applied Physics Letters)上，研究人員綜述了負(fù)電容場效應(yīng)晶體管(NC-FETs)，這是一種新的器件概念，它表明，只需添加一層薄薄的鐵電材料，就可以大大提高傳統(tǒng)晶體管的效率。如果它能工作，同樣的芯片可以計算更多，但需要更少的頻繁充電。在論文中，研究人員總結(jié)了數(shù)控場效應(yīng)管的最新研究成果，以及文獻(xiàn)中報道的各種實驗需要自我一致和連貫的解釋。普渡大學(xué)電氣和計算機工程教授Muhammad Ashraful Alam說：NC FETs最初是由我的同事Supriyo Datta教授和他的研究生Sayeef Salahuddin提出，他現(xiàn)在是加州大學(xué)伯克利分校的教授。

從一開始，Alam就對NC-FETs的概念產(chǎn)生了興趣，這不僅是因為它解決了為半導(dǎo)體行業(yè)尋找一種新的電子開關(guān)這一迫切的問題，還因為它是一種廣泛的相變器件的概念框架，這些器件統(tǒng)稱為“Landau開關(guān)“。阿拉姆說：最近，當(dāng)我的同事兼合著者葉培德教授開始實驗展示這些晶體管時，我有機會與他合作，探索這種設(shè)備技術(shù)的有趣特性，我們的研究論文總結(jié)了對這個話題的‘理論-實驗’觀點。雖然已經(jīng)有數(shù)百篇相關(guān)論文發(fā)表，但研究人員表示，準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)控的有效性和NC- fet頻率可靠性限制仍然是人們爭論的熱點。如果最終證明并集成到現(xiàn)代集成電路中，NC-FET晶體管的影響將是革命性的。鑒于這一潛力，有必要對設(shè)備概念進(jìn)行系統(tǒng)分析。

發(fā)現(xiàn)來自不同群體的數(shù)據(jù)有很大分散性，研究人員使用非常不同的技術(shù)來描述他們的設(shè)備。這需要對現(xiàn)有數(shù)據(jù)集進(jìn)行綜合和全面的分析。研究人員希望他們的研究工作能將社區(qū)聚集在一起，為實現(xiàn)這一有前景的技術(shù)提出協(xié)調(diào)進(jìn)展的方法。20世紀(jì)電子技術(shù)的顯著進(jìn)步有時掩蓋了底層設(shè)備技術(shù)不斷創(chuàng)新的戲劇性故事。通過對相應(yīng)器件技術(shù)的功率損耗和自熱限制，催化了器件的再發(fā)明。上世紀(jì)50年代，當(dāng)真空管達(dá)到功率損耗極限時，功率效率更高的雙極晶體管取而代之。在20世紀(jì)80年代，雙極晶體管被一種基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場效應(yīng)晶體管(fts)的更節(jié)能技術(shù)所取代。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:??美國物理學(xué)會

參考期刊文獻(xiàn):《應(yīng)用物理快報》

DOI: 10.1063/1.5092684

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