论半导体晶体管的发展趋势

论半导体晶体管的发展趋势

随着科技的飞速发展，晶体管在未来的发展呈现出了几大特点，体积越来越小，集成度越来越高，能耗越来越低，功能越来越来强大，准确度越来越高。但是，有另外一种更惊人的发展趋势——半导体晶体管消失，取而代之的是没有半导体晶体管的晶体管。

晶体管的体积趋向于纳米级，集成度越来越高，能耗越来越低，准确度更高，功能强大到几乎无法想象。

一.随着世界上最小相机的问世，接近于纳米级的晶体管已经应用到实际生活中。

近日，来自George W. Woodruff School of Mechanical Engineering的科学家F. Levent Degertekin及有关研究团队，开发出直径只有1.5毫米的相机，该相机在一块超迷你的晶片上，机身超过100个零件，当中包括13条微型线路传送资料，并且可以自由进出血管，拍摄到60fps的即时3D影像害。该相机的供电也只需20毫瓦，这―相机‖预计用于医学用途，原型已经开发出来，不久将来

或许会在人体中大量安置此种相机，用来随时拍摄自己的身体变化。

二.小型传感器的大进步。

1、美国InvenSense是检测人体动作的小型传感器技术的领军者，其优势是能够实现高精度检测的、基于CMOS的MEMS技术。从2012年5月开始，该公司推出了少量芯片试制服务。

2、精工爱普生正在开发由小型动作传感器与自主软件组合而成的―M-Tracer‖，该产品的特点是，―检测的动态范围比其他公司的产品高出一个数量级‖。M-Tracer中运用了该公司擅长的水晶陀螺仪的技术经验。

3、意法半导体将从2013年1～3月开始量产在单个32位MCU封装中集成了均为3轴的加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器的―iNEMO‖。该产品的外形尺寸约为4mm见方。

三、富士通半导体推出24款具有LCD控制功能的新型宽电压8位微控制器。

上海，2012年8月23日–富士通半导体（上海）有限公司宣布其高性能8位微控制器―New 8FX‖家族添加12款64脚MB95770系列产品和12款80脚MB95710系列产品，两个系列的产品皆具有LCD控制功能，并支持1.8V~5.5V 的宽工作电压。MB95770系列和MB95710系列具有LCD控制功能，是低成本

和低功耗的8位微控制器产品，支持64脚和80脚两种封装并内置达60KB的闪存，降低了功耗。其应用广泛，可用于包括由电池供电的医疗设备到家电的显示面板应用及工业自动化设备等国内外产品。

四、NVIDIA明年将推新一代行动处理器Erista

绘图晶片大厂NVIDIA执行长黄仁勳在GTC大会中表示，今年推出ARM架构应用处理器Tegra K1后，2015年将会推出全新版本Erista处理器。Erista处理器最大特色，是将内建的绘图晶片核心，由前一代的Kepler升级到目前主流

的Maxwell，而据了解，Erista将採用台积电20奈米製程生产，Maxwell绘图核心将大幅压低功耗。

半导体晶体管可能在这场革命之后就消失了。

科学家制造出不使用半导体的晶体管

美国科学家首次利用纳米尺度的绝缘体氮化硼以及金量子点，实现量子隧穿效应，制造出了没有半导体的晶体管。该成果有望开启新的电子设备时代。几十年来，电子设备变得越来越小，科学家们现已能将数百万个半导体集成在单个硅芯片上。该研究的领导者、密歇根理工大学的物理学家叶跃进(音译)表示：“以

目前的技术发展形势看，10年到20年间，这种晶体管不可能变得更小。半导体还有另一个先天不足，即会以热的形式浪费大量能源。‖

科学家们尝试使用不同材料和半导体设计方法来解决上述问题，但都与硅等半导体有关。2007年，叶跃进开始另辟蹊径，制造没有半导体的晶体管。叶跃

进说：―我的想法是用纳米尺度的绝缘体并在其顶部安放纳米金属来制造晶体管，我们选择了氮化硼碳纳米管(BNNTs)做基座。‖随后，他们使用激光，将直径为3纳米宽的金量子点(QDs)置于氮化硼碳纳米管顶端，形成了量子点—氮化硼碳纳米管(QDs-BNNTs)。对于金量子点来说，氮化硼碳纳米管是完美的基座，其尺寸小、可控而且直径一致，同时还绝缘，也能对其上的量子点大小进行限制。

研究人员同橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家们携手合作，在室温下让量

子点—氮化硼碳纳米管两端的电极通电。有趣的事情发生了：电子非常精确地从一个量子点跳到另一个量子点，这就是量子隧穿效应。叶跃进表示：“这种设备的稳定性非常好。‖叶跃进团队利用这一设备制造出了一种晶体管，其中没有半

导体的―身影‖。当施加足够的电压时，其会打开到导电状态;当电压低或关闭时，它会恢复到其天然的绝缘体状态。而且，这一设备没有―漏网之鱼‖：没有来自金量子点的电子逃进绝缘的氮化硼碳纳米管内，因此，隧道会一直保持冷的状态。而硅常遇到泄露，使电子设备中的大量能量以热的形式被浪费掉。

密歇根理工大学的物理学家约翰·雅什查克为新的晶体管研究出了理论框架。他表示，此前也有其他科学家利用量子隧穿制造出了晶体管，但这些设备只在液氦温度(4.2K)下工作，而新设备则可以在室温下工作。

叶跃进的金—纳米管设备的秘密就在于―小‖：其仅有1微米长、20纳米宽。雅什查克解释道：―这个金岛的宽度必须在纳米级别，这样才能在室温下控制电子。如果它们太大，有很多电子可以在其上流动。从理论上而言，当电极之间的距离近到几分之一微米时，这些隧道可以小到接近零。‖

晶体管到至今还是存在很大的发展空间，但它总得来说是向着小体积，低能耗，高功能，集成度越来越高的趋势发展。没有半导体晶体管的出现，对于现在的技术来说已经取得了非常大的成就，它有可能会取代现代意义上的晶体管，但是还要一段较长的路要走。