晶体管的新材料设计可以缩小下一代技术的尺寸

晶体管的新材料设计可以缩小下一代技术的尺寸 Bepartofyou 2024-02-04 14:14:22 171

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莫特绝缘体(绿色)和底层材料(蓝色)的原子级渲染,这被证明是改进和稳定潜在较小晶体管性能的关键

通过更好地驯服半导体替代品的Jekyll-and-Hyde性质 - 从耐电绝缘体过渡到导流金属 - 内布拉斯加州的Xia Hong及其同事可能已经开辟了一条通往更小,更高效的数字设备的新途径。该团队在《自然通讯》杂志上报告了其研究结果。

这种半导体在“适居带”(Goldilocks)的导电性——比金属差,比绝缘体好——使其成为工程师们建造晶体管(编码二进制的1和0的微型开关)的最 佳选择。在被称为栅极绝缘体的控制旋钮上施加一些电压,半导体通道就允许电流流动(1);移走它,流停止(0)。

数以百万计的这种纳米级、基于半导体的晶体管现在覆盖在现代微芯片上,通过开关来共同处理或存储数据。但是,尽管晶体管已经很小了,消费者的需求和竞争继续推动电气工程师进一步缩小它们,要么是为了压缩更多的功能,要么是为了缩小容纳它们的设备。

不幸的是,这些工程师现在遇到了半导体尺寸的实际甚至根本限制。

反过来,研究人员已经开始不仅关注业界最喜爱的硅,而且关注整个半导体。二十多年前,一些人开始使用一类叫做莫特绝缘体的材料。如果说半导体是推动了数十年时钟不变的进步的媒介,那么莫特绝缘体更像是一个双面的不确定因素,其矛盾心理既是其吸引力的来源,也是其挫败感的来源。

一个长期存在的导电性理论认为,具有莫特绝缘体电子特性的材料通常应该被归类为金属。然而,与金属或半导体中的电子不同,莫特绝缘体中的电子不像独立粒子那样运动。

相反,它们相互作用的方式将它们限制在局部位置,使它们无法在材料中自由移动。然而,某些条件——更高的温度、引入更多的电子——可以压倒这些力,最终释放电子,并从本质上将莫特绝缘体转变为导电金属。

内布拉斯加大学林肯分校的物理学教授Hong说:“所以你(传统上)要么有流动电子,要么有定域电子。”“这是非常明确的定义。”

“但在莫特绝缘体的情况下,电子相互作用是不能忽视的。由于这种相关性,很难将其定义为简单的金属或绝缘体。如果你能调整相互作用的强度,它可以是金属,也可以是绝缘体。”

通过在莫特绝缘体上覆盖一个由所谓铁电材料制成的栅极绝缘体,然后利用电压翻转后者的极化,或正负电荷的排列,研究人员意识到他们可以引导莫特从绝缘体到金属的转变,然后再回来。通过这种方式,配对的行为和最有希望的功能仅次于半导体。

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