美國能源署(DOE)旗下勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人員稱已開發(fā)出1納米(1nm)晶體管，打破了過去業(yè)內普遍認為的5nm晶體管物理限制，長久以來主宰半導體市場的摩爾定律正在遭遇挑戰(zhàn)。
 
　　1nm晶體管由勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家Ali Javey所帶領的研究團隊開發(fā)。長久以來，晶體管柵極長度一直被認為很難突破物理限制，但我們展示的1nm晶體管選擇了適當的材料，將使未來的電子產品有更多的微縮空間。
 
　　1nm晶體管由碳納米管和二硫化鉬(MoS2)，這是一種常見于汽車配件商店的發(fā)動機潤滑油。二硫化鉬在發(fā)光二極管(LED)、激光(Laser)、納米晶體管，太陽能電池等領域中有著巨大應用潛力。

  
 
　　參與這項研究的科學家Sujay Desai指出，半導體行業(yè)一直認為尺寸小于5nm的柵極就無法運作了，因而不考慮5nm以下的工藝尺寸。而這次的研究則表明小于5nm柵極的研究不應被忽視。“產業(yè)界一直在設法擠出硅的最后一點效能，通過將硅換成二硫化鉬，我們可以用一個長度僅1nm的柵極制作晶體管，并使其具有開關功能。”
 
當“電子失去控制”
 
　　該晶體管由三部份組成：一個源極，一個漏極，和一個柵極。電流從源極流到漏極，由柵極控制電流，并響應施加的電壓而開啟或關閉。
 
　　硅和二硫化鉬都具有晶格結構，但與二硫化鉬相比，流過硅的電子較輕且阻力較小。當柵極在5nm或更大尺寸時這是一個好消息。但在5nm以下便會面臨稱之為穿隧效應的量子物理現象，柵極障壁無法再讓電流從源極流到漏極。
 
　　“這意味著我們不能關閉晶體管，”Desai說。“電子已經失去控制。”
 
　　由于流經MoS2電子更重，因而可用較小的柵極來控制電流。二硫化鉬還可以微縮到原子級，約0.65nm厚，并具有較低的介電常數，具有在電場中儲存能量的能力。
  
　　選用二硫化鉬做為半導體材料后，研究人員開始制作柵極，但迄今業(yè)內并沒有適用1nm規(guī)模的光刻技術，因而研究人員采用了直徑僅有1nm的空心圓柱碳納米管。對器件進行的電性能測量表明，碳納米管能有效控制電子的流動。
 
　　Javey表示，這項研究證實了其團隊的概念。他們尚未將晶體管封裝到芯片上。但他也指出，未來晶體管將不再受限于5nm柵極，通過改變半導體材料和結構，摩爾定律還會持續(xù)下去。