美国制造出超小型单电子晶体管

 据美国物理学家组织网4月19日（北京时间）报道，由美国匹兹堡大学领导的一个研究小组日前宣布，他们制造出了一种核心组件直径只有1.5纳米的超小型单电子晶体管。该装置是制造下一代低功耗、高密度超大规模集成电路理想的基本器件，具有极为广泛的应用价值。相关论文发表在最新一期《自然·纳米技术》杂志上。
单电子晶体管是用一个或几个电子就能记录信号的晶体管，其尺度都处于纳米级别。随着集成电路技术的发展，电子元件的尺寸越来越小，由单电子晶体管组成的电路日益受到研究人员的青睐，其高灵敏度的特性和独特的电气性能使其成为未来随机存储器和高速处理器制造材料的有力竞争者。
据研究人员介绍，这种新型单电子晶体管的核心组件是一个直径只有1.5纳米的库伦岛，另外还有一两个电子负责对信号进行记录。负责该项研究的匹兹堡大学文理学院物理学和天文学教授杰里米·利维称，该晶体管未来可用于研制具有超密存储功能的量子处理器。这种处理器将能轻松应对那些让目前全世界所有的计算机同时工作数年也计算不完的复杂问题。同时因其中央的库伦岛可以被当作人工原子，该晶体管还可用来制造自然界原本并不存在的新型超导材料。
利维和其同事将这种超小型单电子晶体管命名为“SketchSET”。原因在于这项技术受到了一种名为蚀刻素描画板（Etch A Sketch）的启发，这种晶体管的制造原理也与其类似。在实验中，通过原子力显微镜，研究人员用一种极为尖锐的电导探针就能在钛酸锶晶体界面上用1.2纳米厚的一层铝酸镧“蚀刻”出所需的晶体管。
据介绍，SketchSET是第一个完全由氧化物制成的单电子晶体管，并且其库伦岛内能容纳两个电子。经过库伦岛的电子数量可以是0、1或2，而不同数量的电子将决定其具有怎样的导电性能。
利维表示，这种单电子晶体管对电荷极为敏感，且所使用的氧化物材料具有铁电效应，该晶体管还可制成固态存储器，即便没有外部电源，该晶体管存储器也不会丢失此前存储的信息。此外，这种晶体管对压力变化也极为敏感，根据这一特性可用其来制成纳米尺度的高灵敏度压力传感设备。
1959年一个芯片上只能放一个晶体管，今天家用计算机微处理器上的晶体管数量已达11.7亿，是半导体材料支撑起了电子计算机时代。下一代计算机如何发展？无论是基于单电子晶体管的量子计算机，还是基于蛋白质技术的生物计算机，我们还是要从新材料上找答案。当前已经有多种单电子晶体管研制出来，也许这些方案将来都派不上用场，然而每次实验都会向成功迈进一步，最后开启计算机新时代的新材料一定会在这些实验中脱颖而出。