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科学家研制出超薄二维材料晶体管，或可让1nm更快到来

科技美学 · 公众号 · · 2021-02-05 21:51

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根据摩尔定律，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。这也意味着，半导体材料的改善对芯片性能的提升至关重要。

如今的芯片工艺制程已经来到了量产5nm，量产3nm也离我们不远了。而在这之后的2nm、1nm等更先进的工艺所需要的材料也需要更加精密。

在近期，美国宾夕法尼亚州立大学科学家在《自然-通讯》杂志上发表的一项新研究表明，他们已经成功研制出一种超薄二维材料晶体管，这将大大提高未来芯片的性能。

研究中，科学家通过使用金属有机化学气相沉积技术生长了单层二硫化钼和二硫化钨，该技术来自宾夕法尼亚州立大学的二维晶体联盟NSF材料创新平台（2DCC-MIP）。

此外，为验证新型二维晶体管的性能，科学家分析了与阈值电压、亚阈值斜率、最大与最小电流之比、场效应载流子迁移率、接触电阻、驱动电流和载流子饱和速度相关的统计指标。

宾夕法尼亚州立大学工程学院工程科学和力学助理教授萨普塔什达斯表示：“我们现在生活在一个数据驱动的互联网世界，随之而来的是大数据对存储和处理能力的挑战。”

“而晶体管作为集成电路的重要组成部分，如果想要存储和处理更多的数据，就需要使用更多的晶体管。然而，随着晶体管特征尺寸的减小，需要更小和更薄的半导体材料来进一步提高芯片性能。”

目前，利用三维硅材料用于制造晶体管已经有60年左右的历史，其尺寸几乎已经达到极限。特别是在5nm工艺后，传统晶体管的性能难以提高，这使得硅在晶体管中的应用越来越具有挑战性。

因此，许多科学家一直在积极探索新技术、新工艺和新材料，发现二维材料具有内在优势。因为这些二维材料的厚度可以比目前实际使用的三维硅材料薄10倍。

达斯教授指出，经过一系列的测试证实了新晶体管的可行性，这意味着新型晶体管不仅能够让下一代芯片更快、更节能，还能够承受更多存储和数据处理性能。

也就是说，如果新材料能够投入应用阶段，那么1nm的到来速度也会比我们想象中更加快速。

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