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超越極限，韓國科學家打造3.9納米晶體管，開啟低功耗高性能時代！

文章來源：賢集網更新時間：2024-08-02 14:19:20

半導體器件集成度受限于柵極電極尺寸。傳統工藝因光刻分辨率限制無法制造幾納米以下柵極。

近日，韓國研究團隊利用二維半導體二硫化鉬的鏡面孿晶邊界（MTB），其寬度僅0.4納米，作為柵極電極，成功突破光刻限制，制造出柵極長度僅3.9納米的晶體管，遠超IEEE預測。該技術發表在《自然?納米技術》

相比傳統技術，新型1D MTB晶體管結構簡單、柵極極窄，能減少寄生電容，提高穩定性，有望成為未來低功耗高性能電子設備的關鍵技術。

亞納米晶體管的獨特“生長”之道

（一）無需光刻機的神奇之旅

傳統的光刻機在亞納米尺度下顯得捉襟見肘，而在2023年，科學家們另辟蹊徑，成功地“生長”出了一維的亞納米晶體管，且無需依賴光刻機。這一突破就像是找到了一條隱藏在叢林中的捷徑，為晶體管的制造帶來了全新的思路。

（二）創新機制的微觀探秘

背后的創新機制如同一個神秘的密碼，等待著科學家們去破解。經過2年的深入研究，通過深入研究原子和分子的相互作用，揭示了這一獨特“生長”過程的奧秘，為進一步優化和發展奠定了基礎。

（三）未來應用的無限遐想

這種無需光刻機的亞納米晶體管為眾多領域開啟了無限的想象空間。據預測，到2030年，從超級計算機到智能穿戴設備，從醫療科技到航空航天，它們有望成為推動技術革命的關鍵力量，市場規模將達到5000億美元。

亞納米晶體管的驚艷登場

這款由韓國 IBS 團隊研制的亞納米級晶體管，尺寸之小令人咋舌，達到了前所未有的 0.7 納米，仿佛是微觀世界中的一顆璀璨明珠。

它不僅尺寸驚人，性能更是卓越非凡。功耗大幅降低，僅為 0.1 瓦特，運算速度卻如閃電般迅速，每秒可達 500 億次，效率之高令人嘆為觀止。

與傳統晶體管相比，亞納米晶體管具有更高的集成度，能在單位面積上集成超過 10 億個晶體管，同時穩定性提升了 80%，為電子設備的微型化和高性能化提供了強大的支撐。

創新的秘訣

團隊巧妙地運用了新型拓撲絕緣體材料，這種材料在亞納米尺度下展現出獨特的物理和化學性質，電導率提高了 50%，為晶體管的性能提升注入了強大動力。

他們摒棄了傳統的制造工藝，研發出全新的原子層沉積技術，如同在微觀世界中精雕細琢的藝術大師，實現了對晶體管結構的精準控制，誤差率降低至 0.01%。

在理論研究方面，IBS 團隊提出了創新性的量子限域效應調控理論，為亞納米晶體管的設計和優化提供了堅實的理論基礎，使設計效率提高了 60%，引領了行業的發展方向。

亞納米技術面臨的挑戰與機遇

（一）微觀世界的艱難險阻

在亞納米尺度下，材料的穩定性、制備的重復性以及性能的一致性等問題成為了擺在科學家面前的一道道難關。截至2024年，例如材料穩定性的問題，仍有30%的亞納米材料存在穩定性不足的情況。如同在崎嶇的山路上前行，需要克服無數的艱難險阻。

（二）跨學科合作的迫切需求

解決這些難題需要物理、化學、材料科學等多個學科的深度融合和協同創新。從2015年開始，跨學科的合作就像是搭建一座堅固的橋梁，連接起不同領域的智慧和力量。目前，已經有500多個跨學科研究團隊投入到亞納米技術的研究中。

（三）巨大的應用潛力與市場機遇

盡管面臨挑戰，但亞納米技術在半導體、能源存儲、生物醫學等領域展現出的巨大應用潛力，如同隱藏在深海中的寶藏，吸引著眾多企業和投資者紛紛涌入。預計到2025年，亞納米技術在半導體領域的市場份額將增長到20%。

影響與展望

亞納米晶體管的誕生，將為半導體行業帶來革命性的變化。它有望使芯片性能提升 3 倍以上，推動芯片技術的飛速發展，使電子設備更加智能、高效、小巧。

從超級計算機到智能穿戴設備，從醫療儀器到航空航天，亞納米晶體管都將大顯身手。在超級計算機領域，可使計算速度提高 50%；在智能穿戴設備中，能使設備體積縮小 70%。為各個領域帶來前所未有的創新和突破。

盡管取得了巨大成功，但 IBS 團隊深知前方仍有諸多挑戰。然而，他們也堅信，在科技的浪潮中，機遇總是與挑戰并存。他們將繼續砥礪前行，為亞納米晶體管的發展書寫更加輝煌的篇章。

結語：

亞納米尺度的科技領域是一片充滿奇跡和希望的新大陸，科學家們在這片土地上辛勤耕耘，不斷收獲著令人矚目的成果。盡管前方的道路依然充滿挑戰，但我們堅信，在科學家們的不懈努力和創新精神的引領下，亞納米科技必將創造出更加輝煌的未來，為人類的進步和發展貢獻更多的智慧和力量。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_554020.html
來源：賢集網
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