前沿科技之量子隧穿效應“孵出”能效更高的隧穿晶體管

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美國圣母大學和賓夕法尼亞州立大學的科學家們表示，他們借用量子隧穿效應，研制出了性能可與目前的晶體管相媲美的隧穿場效應晶體管（TFET）。最新技術有望解決目前芯片上晶體管生熱過多的問題，在一塊芯片上集成更多晶體管，從而提高電子設備的計算能力。

晶體管是電子設備的基本組成元件，在過去40年間，科學家們主要通過將更多晶體管集成到一塊芯片上來提高電子設備的計算能力，但目前這條道路似乎已快走到盡頭。業界認為，半導體工業正在快速接近晶體管小型化的物理極限。現代晶體管的主要問題是產生過多的熱量。

: _4 P% k0 g' _8 S/ g: p 最新研究表明，他們研制出的TFET性能可與目前的晶體管相媲美，而且能效也較以往有所提高，有望解決上述過熱問題。

  c/ p/ k& Q6 B! r 科學家們利用電子能“隧穿”過固體研制出了這種TFET。“隧穿”在人類層面猶如魔術，但在量子層面，它卻是一種非常常見的行為。
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圣母大學的電子工程學教授阿蘭·肖寶夫解釋道：“現今的晶體管就像一個擁有移動門的大壩，水流動的速度也就是電流的強度取決于門的高度。隧穿晶體管讓我們擁有了一類新的門，電流能夠流過而非翻過這道門，另外，我們也對門的厚度進行了調整以便能打開和關閉電流。”
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賓州州立大學的電子工程系教授蘇曼·達塔表示：“最新技術進展的關鍵在于，我們將用來建造半導體的材料正確地組合在一起。”

: b( Q8 I* j! P# }. N 肖寶夫補充道，電子隧穿設備商業化的歷史很長，量子力學隧穿的原理也已被用于數據存儲設備中，借用最新技術，未來，一個USB閃存設備或許能擁有數十億個TFET設備。

; K; x; Z+ r0 o' v& u4 b 科學家們強調說，隧穿晶體管的另一個好處是，使用它們取代目前的晶體管技術并不需要對半導體工業進行很大的變革，現有的很多電路設計和電路制造基礎設施都可以繼續使用。

盡管TFET的能效與現有晶體管相比稍遜色，但是，去年12月賓州州立大學和今年3月圣母大學的科研團隊發表的論文已經表明，隧穿晶體管在驅動電流方面已經取得了創紀錄的進步，未來有望獲得更大的進展。
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達塔說：“如果我們在能效上取得更大成功，將是低能耗集成電路上的重大突破，這反過來會加大我們研制出能自我供能設備的可能性，自我供能設備同能量捕獲設備結合在一起，有望使我們研制出更高效的健康檢測設備、環境智能設備以及可移植醫療設備

weiyangmiao

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