中国研究人员研制出世界上最小的晶体管门

几十年来，科学家和工程师一直在缩小晶体管的尺寸，以至于它们的最小特性只有几十个原子。 摩尔定律预测集成芯片中的有源元件密度将每两年翻一番，它指导着 1950 年代第一批集成电路晶体管小型化的进展速度。

众所周知，这方面的进展近年来明显放缓。 其主要原因是我们正在迅速达到使用当前可用材料和现代生产技术所能达到的物理极限。

我们无法创建控制电流从源极流向漏极的晶体管栅极，即小于 5 nm，这是由于一种称为量子隧穿的现象，这会阻止它们正常工作。 由于它们的物理特性，石墨烯和碳纳米管等材料在进一步缩小晶体管方面可能很重要，但从那里过渡到制造工作器件需要时间。

中国研究人员声称制造了本周发表的一篇研究论文中记载的栅极长度最短的晶体管。 这一壮举是通过将石墨烯和二硫化钼结合起来并将它们堆叠在一个两步抽屉结构中来实现的。

源极位于上横档，而漏极位于下横档。 两者均由钯钛合金制成，梯子的表面由单块半导体材料制成，称为二硫化钼，二硫化钼置于二氧化铪层上作为电绝缘体。

顶层内部是一个真正的铝夹层，上面覆盖着氧化铝，位于一层称为石墨烯的碳原子之上。 除了顶部相垂直壁中的一个小间隙外，石墨烯片可以与二硫化钼接触，氧化铝充当电介质。 一层厚厚的二氧化硅支撑着整个抽屉结构。

这个设计的关键在于它使用了石墨烯片的边缘，这意味着当栅极打开时，它只有 0.34 纳米宽——与石墨烯层本身差不多。 另外值得注意的是，由于状态外电阻增加，这种“侧壁晶体管”的电流泄漏非常小。 制造商可以在低功率应用中使用此属性。 最重要的是，尽管许多原型需要相当多的努力才能工作，但它的构建相对容易。

清华大学研究员田凌任是该研究的合著者，并推测这可能是“摩尔定律的最后一个结”。 他还认为将栅极尺寸缩小到 0.34 nm 以下几乎是困难的。

当然，新晶体管背后的研究人员只是简单地表明，可以用单原子薄材料制造功能晶体管，而无需设计新的微层铺设工艺。 可靠地构建数十亿个侧壁晶体管还有很长的路要走，但这是朝着正确方向迈出的重要一步，为未来更快、更节能的设备带来了希望。

与此同时，三星、英特尔和台积电正在努力将一体式晶体管 (GAA-FET) 推向市场并标准化芯片连接。

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