🥇「克服」摩爾定律：未來的電晶體技術

摩爾定律、登納德定律和庫米定律正在失去意義。原因之一是矽晶體管正在接近其技術極限。我們詳細討論了這個主題在上一篇文章中。今天我們談論的是未來可以取代矽並延長三大定律有效性的材料，這意味著提高處理器和使用它們的計算系統（包括資料中心的伺服器）的效率。
 

碳奈米管

碳奈米管是圓柱體，其壁由碳單原子層組成。碳原子的半徑比矽的半徑小，因此基於奈米管的電晶體具有更高的電子遷移率和電流密度。結果，晶體管的工作速度提高並且功耗降低。經過根據威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師表示，生產力提高了五倍。

碳奈米管比矽具有更好的特性這一事實早已為人所知——第一個這樣的晶體管出現了 20多年前。但直到最近，科學家才成功克服了許多技術限制，創造了足夠有效的設備。三年前，威斯康辛大學的物理學家提出了基於奈米管的電晶體原型，其性能優於現代矽元件。

基於碳奈米管的裝置的應用之一是柔性電子產品。但到目前為止，這項技術還沒有走出實驗室，也沒有談到大規模實施。

它們是窄條狀石墨烯數十奈米寬被認為製造未來電晶體的主要材料之一。石墨烯帶的主要特性是能夠利用磁場加速流過它的電流。同時，石墨烯有250次比矽具有更高的導電性。

上一些數據，基於石墨烯晶體管的處理器將能夠以接近太赫茲的頻率運作。而現代晶片的工作頻率設定為4-5GHz。

第一個石墨烯電晶體原型十年前出現。從那時起工程師試圖優化基於它們的“組裝”設備的過程。最近，來自劍橋大學的開發團隊在三月獲得了第一個結果宣布了關於投入生產第一個石墨烯晶片。工程師表示，新設備可以將電子設備的運作速度提高十倍。

二氧化鉿也用於生產微電路與2007幾年。它用於在晶體管柵極上製作絕緣層。但今天工程師建議使用它來優化矽晶體管的運作。

去年年初，史丹佛大學的科學家發現，如果二氧化鉿的晶體結構以特殊方式重組，那麼它電常數（負責介質傳輸電場的能力）將增加四倍以上。如果在創建電晶體閘極時使用這種材料，可以顯著減少影響隧道效應.

還有美國科學家找到了辦法使用鉿和硒化鋯來減小現代電晶體的尺寸。它們可以代替氧化矽用作晶體管的有效絕緣體。硒化物的厚度明顯較小（三個原子），同時保持良好的帶隙。這是決定晶體管功耗的指標。工程師們已經設法創造幾種基於鉿和硒化鋯的裝置的工作原型。

現在工程師需要解決連接此類電晶體的問題——為它們開發合適的小觸點。這樣，才能談量產。

硫化鉬本身是一種性能較差的半導體，其性能比矽差。但聖母大學的一組物理學家發現，鉬薄膜（一個原子厚）具有獨特的特性——基於它們的電晶體在關閉時不會通過電流，並且需要很少的能量來切換。這使得它們能夠在低電壓下運行。

鉬晶體管原型發達在實驗室裡。勞倫斯‧伯克利，2016 年。該設備只有一奈米寬。工程師表示，這種電晶體將有助於擴展摩爾定律。

去年還有二硫化鉬晶體管已提交來自韓國大學的工程師。該技術可望在OLED顯示器的控制電路中得到應用。然而，目前還沒有關於大規模生產此類電晶體的討論。

儘管如此，史丹佛大學的研究人員要求可以重建用於生產晶體管的現代化基礎設施，以便以最低的成本與“鉬”設備一起使用。未來是否有可能實施此類項目還有待觀察。

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