http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-12-12
中国科技网讯 据美国物理学家组织网12月6日报道，美国普渡大学和哈佛大学的科学家使用Ⅲ-Ⅴ族化合物砷化镓铟代替硅，研制出全球首款全门三维晶体管，可用于开发出运行速度更快、更高效的集成电路和更轻便、耗电更少的手提电脑。最新研究已在12月5日至7日于华盛顿举行的国际电子设备大会上宣读。
科学家们使用所谓的自上而下的方法制造出了最新设备。该研究的领导者之一、普渡大学电子和计算机工程学教授叶培德（音译）表示，这一方法同传统制造过程兼容，与工业采用的精确蚀刻和定位晶体管内组件的方法类似，因此有望被工业界采用。
Ⅲ-Ⅴ族化合物是元素周期表中Ⅲ族的镓、铟等和Ⅴ族的砷、锑等形成的化合物，其有望取代电子移动速度有限的硅半导体，推动晶体管技术不断前进。叶培德说：“科学家们一直希望尽早使用Ⅲ-Ⅴ族化合物研制出晶体管。现在，我们使用电子移动性比硅高的砷化镓铟制造出了全球首款全门的三维晶体管。”
晶体管中包含有一个名为门的关键设备，门使设备打开和关闭并引导电流。在现有芯片中，门长约为45纳米。不过，门长仅为22纳米的硅基三维芯片即将于2012年面世，科学家们也将于2015年推出门长为14纳米的晶体管。如果门长短于14纳米，同时还想让晶体管拥有更好的性能，使用硅可能无法做到，这意味着科学家们需要引入新的设计方法和材料。“由Ⅲ-Ⅴ合金制造的纳米线有望让我们将门长缩短至10纳米。新发现证实，使用Ⅲ-Ⅴ化合物制造出的晶体管的导电能力有可能达到硅基晶体管的5倍。”叶培德说。
另外，制造出更小的晶体管也需要新的绝缘层，其对设备的关闭至关重要。如果门长缩短至14纳米，传统晶体管内使用的二氧化硅绝缘体就无法正确工作，可能会“漏电”，而其中的一个解决办法是使用绝缘值（介电常数）更高的材料（二氧化铪或氧化铝）代替硅。在最新研究中，科学家们采用原子层沉积方法研制出了一种由氧化铝制成的介质膜绝缘层。原子层沉积法这一新设计有助于研制更薄的介质层，而介质层越薄，意味着电子的流动速度越快，需要的电压也越少，因此耗电也更少。（刘霞）
[科技日报]