(整理)晶体管新型

IBM研发出新石墨烯晶体管
时间:2011-04-13 09:06 来源:科技日报
他们研发出了新的石墨烯晶体管，其截止频率为155GHz（吉赫），比去年2月推出的100GHz石墨烯晶体管的速度增加了50%，而且块头更小。

“石墨烯”薄片示意图
据美国物理学家组织网4月11日报道，IBM公司的科学家林育明（音译）等人在4月8日出版的《自然》杂志撰文指出，他们研发出了新的石墨烯晶体管，其截止频率为155GHz（吉赫），比去年2月推出的100GHz石墨烯晶体管的速度增加了50%，而且块头更小。

石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层片状结构，可由石墨剥离而成。

石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬。

作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快，因此，它有望替代硅作为顶级电子材料来制备速度更快的晶体管。

以前，科学家通过将石墨烯薄层置于一个绝缘衬底（诸如二氧化硅）的上方来制造石墨烯设备，然而，这种衬底会削弱石墨烯的电学性能。

现在，IBM公司的科学家找到了办法，将衬底对石墨烯电学性能的影响减至最低。

科学家将一个“类金刚石碳”放置在一个硅晶圆衬底上，制备出了新的石墨烯晶体管。

这种“类金刚石碳”是无极性介质，也不会像二氧化硅那样捕获或驱散电荷，因此，新石墨烯晶体管在温度发生改变时（包括像太空中那样的极低温度下），显示出了卓越的稳定性。

IBM表示，这种新的高频石墨烯晶体管将在手机、互联网或雷达等通讯设备领域大展拳脚。

而且，现有的制备标准硅设备的技术也可以用于制造新的晶体管，这意味着新石墨烯晶体管可以随时进行商业化生产。

该晶体管的研制是IBM承接的美国国防部高级研究计划局的一项任务的一部分，美国军方希望该研究能有助于他们研发出高性能的无线调频晶体管。

（刘霞）
硅纳米晶体管展现出强量子限制效应
时间:2011-03-25 09:10 来源:科技日报
有望在单分子生物感测、集成电路缩微等领域发挥重要作用
据美国物理学家组织网3月21日报道，美国得克萨斯大学的一个研究小组用非常细的纳米线制造出一种晶体管，表现出明显的量子限制效应，纳米线的直径越小，电流越强。

该技术有望在生物感测、集成电路缩微制造方面发挥重要作用。

相关研究发表在最近出版的《纳米快报》上。

实验中，他们用平版印刷技术制造了一种直径仅有3纳米到5纳米的硅纳米线。

由于直径非常小，表现出明显的量子限制效应，纳米线的块值（bulk values）性质发生了变化。

尤其是用极细纳米线制造的晶体管，在空穴迁移率、驱动电流和电流强度等方面属性明显增强，大大提高了晶体管的工作效率，其性能甚至超过最近报道的用半导体掺杂技术改良的硅纳米线晶体管。

得克萨斯大学研究人员沃尔特·胡介绍说，我们已经证明，载荷子迁移率会随着硅隧道的量子限制程度增加而不断提高，这在理论上为3纳米直径纳米线的受激高速空穴流动提供了实验证据。

这好像是违反直觉的，一根更细的纳米线能产生比更粗的线更高的流动性。

但研究人员解释说，在块状硅中，形成电流的空穴能量分布很宽，量子限制效应限制了空穴，形成了更加一致的能量排列，从而提高了导线中的载荷子迁移率。

在细纳米线中，由于空穴能量分布更窄，反而提高了流动性和电流强度。

当与构造类似的纳米带（只在厚度维度进行限制）相比时，细纳米线也显出隧道的量子
限制程度提高，能产生更高的载荷子迁移率。

纳米线晶体管技术主要用于制造廉价且超灵敏的生物传感器，其灵敏度将随纳米线直径的减小而增加。

“我们计划用这种型号的微细纳米线晶体管来开发蛋白质生物感测器。

”沃尔特·胡说，小直径纳米线依靠本身优势，可在生物感测方面发挥重要作用，有望开发出最终达到一个单分子的灵敏感测仪器，而且信噪比更好。

除了生物感测器，新型高性能晶体管还在互补金属氧化物半导体缩微技术（CMOS，一种集成电路材料微型化）上有极大潜力，目前该领域的发展已经接近极限，变得越来越难。

沃尔特·胡认为，硅材料在纳米电子设备领域仍具有很多潜能。

硅纳米线晶体管的性能随着直径减小而增强，将细微纳米线晶体管排成阵列，无需新的工艺技术就能制造出高性能产品。

新型纳米线晶体管在把CMOS缩小到纳米级别时甚至能简化目前的工序，并不需要用高掺杂的补充质结作为源漏。

（常丽君）
塑料基底晶体管在美研制成功
时间:2011-01-30 10:18 来源:科技日报
研究人员最近开发出一种双层界面新型晶体管，性能极为稳定，还能在可控的环境中，以低于150摄氏度的条件在塑料基底上大量生产，因此可用于柔韧可弯曲的塑料电子设备。

晶体管制造一般是用玻璃作基底材料，这有利于在多变的环境下保持稳定，从而保证用电设备所需的电流。

据美国物理学家组织网1月27日报道，美国佐治亚理工大学研究人员最近开发出一种双层界面新型晶体管，性能极为稳定，还能在可控的环境中，以低于150摄氏度的条件在塑料基底上大量生产，因此可用于柔韧可弯曲的塑料电子设备。

研究论文发表在近期的《先进材料》杂志网站上。

由于晶体管的性能不仅取决于半导体本身，还取决于半导体和电介质栅门之间的界面，所以研究小组对一种现有半导体的电介质栅门进行了改良，将顶栅有机场效应晶体管与双分子层栅绝缘体结合在一起，改良后的晶体管在测试中表现出了极为稳定的性能和优良的导电性。

佐治亚理工大学有机光子学与电子学中心主管、电学与计算机工程学院教授伯纳德·凯普林表示，过去的晶体管使用的是单一电介质材料，而改良后的晶体管中电介质栅是一种双层分子材料。

电介质栅的双分子层由一种名为CYTOP的氟化聚合物构成，再通过原子层沉积制造出高介电常数的氧化金属层。

研究人员解释说，在有机半导体中，CYTOP 介电常数非常低，需要提高驱动电压。

而高介电常数氧化金属虽然需要电压较低，但用作界面时其很多缺点使得晶体管性能不稳定。

两种物质单独使用时各有利弊，但把两种物质结合作为双分子层使用，两者的缺点就会因互补而得以克服。

研究人员对电池双分子层进行了多种检测，包括接通了晶体管2万次，施加持续生物压力以最高电流运行，甚至将晶体管在等离子舱内放置了5分钟，发现它的流动性都没有降低。

直到他们把晶体管在丙酮里放了一个小时，其流动性才出现了少许下降，但晶体管仍在运行。

研究人员表示，目前只在玻璃基底上对晶体管进行了检测，接下来他们将在可弯曲的柔韧塑料上检测晶体管的性质，并进一步实验用喷墨印刷技术来制造双分子层晶体管的能力。

新晶体管可用于高级绑带、射频电子标签、塑料太阳能电池、智能卡发光器等任何需要稳定电流和柔韧表面的电子设备。

（常丽君）
英美高温自旋场效应晶体管将助推电子信息领域
时间:2010-12-27 14:35 来源:科技日报
未来医生可能会利用该设备探测手性分子的浓度，以测量病人的血糖浓度或酒中的糖分浓度。

美国得克萨斯A&M大学物理学家杰罗·斯纳夫领导的一个国际科研小组在23日出版的《科学》杂志上宣布，他们研制出了首个能在高温下工作的自旋场效应晶体管（FET），该设备由电力控制，其功能基于电子的自旋，其中包含一个与门逻辑设备。

新突破将给半导体纳米电子学和信息技术领域带来新气象。

英国日立剑桥实验室、剑桥大学、诺丁汉大学、捷克科学院和查尔斯大学的研究人员首次将自旋—螺旋状态和异常霍尔效应结合在一起，制造出了这种自旋FET，其中包括一个与门逻辑设备，自旋FET的概念于1989年首次提出，这是科学家首次在其中实现与门逻辑设备。

晶体管发现60年来，其操作仍然基于与半导体内的电子操作和电子电荷探测同样的物理原理。

随着晶体管的尺寸越来越小，小到已接近极限点，科学家们开始专注于建立新的物理操作规则，即使用电子基本的磁运动（自旋）代替电荷
作为逻辑变量。

20年来，科学家一直认为，在半导体内操作电子并探测到电子自旋（突破这一点将有助于研发出自旋晶体管）很难在实验室实现。

现在，新研究使用最近在自旋操作和探测上发现的量子相对论现象证实，自旋晶体管这一概念可以成为现实。

为了观察电子的操作并探测自旋，该研究团队特别设计了一个平板光子二极管（同一般使用的圆极化光源相反）并将其放置在晶体管隧道附近。

通过在二极管上照射光线，研究人员朝晶体管内注射了光激发电子，而不是通常的自旋极化电子。

接着朝其输入门电极施加电压，通过量子相对论效应来控制电子的自旋运动。

这些效应同时负责在该设备内生成横向电压（代表输出信号），其取决于晶体管管道内运动电子的自旋方向。

日立剑桥实验室的高级研究员约尔格·文德利希强调，观察到的输出电子信号在高温下也很强，并且线性依赖于入射光圆极化的程度。

这个设备因此也表明，科学家实现了电力控制的固态偏振光计，该偏振光计可直接将光偏振转变成电压信号。

他表示，未来医生可能会利用该设备探测手性分子的浓度，以测量病人的血糖浓度或酒中的糖分浓度。

新设备在自旋电子学研究领域有广泛的应用，它可以作为一个有效工具来操作和探测半导体内的电子自旋而不会破坏自旋极化电流。

文德利希承认，现在还不知道其基于自旋的设备能否替代目前信息处理设备中普遍使用的基于电子电荷的晶体管，然而新研究将科学家的关注点从理论猜测转移到研发出微电子设备模型上来。

（刘霞）
日研发新型晶体管或助实现未来计算机瞬间启动
时间:2010-12-27 14:34 来源:科技日报
新型晶体管不但能使电子产品大幅减少耗电量，还可让便携式通信工具充电次数减少，可能实现今后的计算机瞬间启动开机。

日本物质材料研究机构今天公布，他们与东京大学等共同开发出一种新型晶体管，可使电子器件的电力消耗控制在目前的百万分之一左右。

晶体管是利用半导体的微小部件，利用电流的开关控制电子信号进行数据记录和演算，是计算机、电视、手机等电子机器的“大脑”。

迄今为止，晶体管的工作原理是通过电子的移动控制动作，但因其漏电无法防止，大量电能无谓地耗损。

而新型晶体管通过铜原子离子化实现移动和复元，并不依靠电子移动，可以
把绝缘体做得较厚，漏电可以得到很好控制。

由于移动的铜原子很少，仅有数十个，新型晶体管电力消耗仅为现在晶体管的百万分之一。

随着智能手机等便携式通信工具智能化提高，其耗电量越来越大，须频繁充电才能保证正常使用。

新型晶体管由于耗电量小，能大幅减少充电次数，市场前景非常看好。

开发该技术的研究小组准备与企业合作，数年后实现该晶体管的市场化。

该成果刊载于12月24日出版的《日本物理学会》杂志电子版。

（陈超）砷化铟可替代硅制造未来电子设备
时间:2010-11-24 09:17 来源:科技日报
据美国物理学家组织网11月23日(北京时间)报道，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的科学家成功地将厚度仅为10纳米的超薄半导体砷化铟层集成在一个硅衬底上，制造出一块纳米晶体管，其电学性能优异，在电流密度和跨导方面也表现突出，可与同样尺寸的硅晶体管相媲美。

该研究结果发表在最新一期《自然》杂志上。

尽管硅拥有很多令人惊奇的电子特性，但这些特性已经快被利用到极限，科学家一直在寻找能替代硅的半导体材料，以制造未来的电子设备。

伯克利实验室材料科学分部的首席科学家、加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授艾里·杰维表示，最新的研究证明，半导体家族Ⅲ—Ⅴ族化合物中的一个成员砷化铟具有超强的电子迁移率和电子迁移速度，可以成为性能优异的“硅替身”，用于制造未来低能耗、高速率的电子设备。

一直以来研究人员面临的挑战是如何将Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体同现有的生产硅基设备的低成本处理技术相结合，因为硅和Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体之间存在着巨大的晶格失配度，让这些化合物半导体直接在硅衬底上进行异质外延生长面
临着巨大挑战，并可能导致产品出现大量缺陷。

杰维表示，他们使用了一种外延转移方法，通过绝缘体上化合物半导体(XOI)平台，将超薄的单晶砷化铟层转移到硅/二氧化硅衬底上，然后用传统的处理技术制造出了该晶体管设备。

研究表明，该XOI技术平台与绝缘体上覆硅(SOI)工艺一样。

为了制造出XOI平台，杰维团队在一个初级源衬底上种植了单晶砷化铟薄膜(其厚度为10纳米到100纳米)，接着采用石板印刷的方式将薄膜蚀刻成有序的纳米带阵列，再用湿法刻蚀技术将该纳米带阵列从源衬底上移走，最后使用冲压工艺将其转移到硅/二氧化硅衬底上。

杰维认为，砷化铟化合物半导体薄层的尺寸非常小，再加上量子局限效应让该材料的带状结构和传输性能相协调，因此，所得到的半导体具有优异的电学性能。

尽管他们仅仅使用了砷化铟，但该技术应该同样适用于其他Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体。

杰维表示，新技术可以直接将高性能的光电二极管、激光二极管以及发光二极管集成在传统的硅衬底上，下一步他们将研究该过程是否可以扩展来制造8 英寸和12英寸芯片，而且该技术应该能使科学家在同一块芯片上制造出P型和N型半导体。

该技术的独特性还在于，它使科学家能够研究仅几个原子层厚的无机半导体的属性。

(记者刘霞)
总编辑圈点
如果仅用一个字来表征当代人类物质文明，你恐怕很难找到比“硅”更贴切的答案。

硅晶体上诞生的一个又一个辉煌已经伴随我们走过半个多世纪，然而和它说再见的时候或许就要来到。

由于芯片的性能和尺寸越来越接近极限，美国一些顶尖实验室和制造商近十年来都在紧锣密鼓地寻找硅的替代材料，其中砷化铟的前景被普遍看好，成为翘楚。

虽然未来仍有诸多不确定性，但今天砷化铟纳米晶。