工程晶體新材料，半導(dǎo)體行業(yè)迎來了新的技術(shù)加持！
一種新材料可以減少控制先進硅晶體管所需的能量。
工程晶體可以幫助計算機在更少的功率下運行。
當(dāng)我們使用電腦和手機時，我們通常不會考慮他們使用的能源量。但隨著計算機繼續(xù)變得越來越小和強大，它們需要越來越多的能源才能運行。
現(xiàn)在，晶體管組件設(shè)計中的重大突破——構(gòu)成計算機芯片基石的微型電氣開關(guān)——可以在不犧牲速度、尺寸或性能的情況下大幅降低其能耗。
一項新的研究表明，由一疊層氧化銨和氧化鋯組成的工程晶體可以將控制晶體管所需的電壓降低約30%，從而降低計算機消耗的能量。
工程晶體用于被稱為柵氧化物的晶體管組件——一層薄薄的材料，將施加的電壓轉(zhuǎn)換為電荷，然后打開或關(guān)閉晶體管。這種效率的提高是通過一種稱為負(fù)電容的效果實現(xiàn)的，這種效應(yīng)有助于減少在材料中存儲電荷所需的電壓。
美國加州大學(xué)伯克利分校臺積電工程和計算機科學(xué)高級作家Sayeef Salahuddin表示：“已經(jīng)能夠表明，他們的柵極氧化技術(shù)優(yōu)于商用晶體管”?！叭f億美元的半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)在迎來了新的生機”。
最先進的筆記本電腦和智能手機包含數(shù)百億個微小的硅晶體管，雖然負(fù)電容可以減少控制它們所需的電壓，但這種效果無法在任何材料中實現(xiàn)。
產(chǎn)生負(fù)電容需要仔細(xì)操作稱為鐵電的材料屬性，當(dāng)材料表現(xiàn)出自發(fā)電場時，就會發(fā)生這種情況。以前，這種效果僅在稱為鈣鈦礦的鐵電材料中實現(xiàn)，其晶體結(jié)構(gòu)與硅不兼容，因此不能與當(dāng)前的硅晶體管一起使用。
現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)表明，通過將氧化銨和氧化鋯結(jié)合在稱為超晶格的工程晶體結(jié)構(gòu)中，也可以實現(xiàn)負(fù)電容。由三層原子層氧化鋯組成，夾在兩層原子層氧化銨之間，產(chǎn)生的晶體厚度不到兩納米。
為了測試這種結(jié)構(gòu)作為柵極氧化物的表現(xiàn)，研究人員制造了晶體管并測試了它們的能力，發(fā)現(xiàn)它們需要降低約30%的電壓（同時保持半導(dǎo)體行業(yè)基準(zhǔn)），并且與現(xiàn)有晶體管一樣可靠。
由于大多數(shù)最先進的硅晶體管已經(jīng)在二氧化硅之上使用由氧化銨組成的2納米柵氧化物，并且由于氧化鋯也用于硅技術(shù)，這些超晶格結(jié)構(gòu)可以很容易地集成到先進的晶體管中。
“在此類研究中經(jīng)?？吹降膯栴}之一是，可以演示材料中的各種現(xiàn)象，但這些材料與先進的計算材料不兼容，因此他們無法為真正的技術(shù)帶來好處”?！斑@項工作將負(fù)電容從學(xué)術(shù)主題轉(zhuǎn)換為實際上可用于高級晶體管的應(yīng)用”。
根據(jù)Salahuddin的說法，過去十年中用于計算的能源呈指數(shù)級增長，“已經(jīng)占世界能源生產(chǎn)的個位數(shù)百分比”。
但這種新材料可以幫助減少基本計算組成部分的能源需求，降低整個系統(tǒng)所需的總能源。該研究發(fā)表在《自然》雜志上。
拓展閱讀：
量子技術(shù)可以使電動汽車充電的速度和加油的速度一樣快
一個不需要電來去除細(xì)菌的智能過濾器！用陽光和納米技術(shù)清潔水
蘋果MacBook Pro 14 2021筆記本電腦評測：M1 Max的性能有限！
防止500美元的攻擊摧毀您的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
視頻欣賞：
