美研制出非硅基全门三维晶体管,苏州市科学技

据美国犹他大学官网消息,该校工程师最新发现一种新型二维半导体材料一氧化锡,这种单层材料的厚度仅为一个原子大小,可用于制备电子设备内不可或缺的晶体管。研究人员表示,最新研究有助于科学家们研制出运行速度更快且能耗更低的计算机和包括智能手机在内的移动设备。

据美国犹他大学官网消息,该校工程师最新发现一种新型二维半导体材料一氧化锡,这种单层材料的厚度仅为一个原子大小,可用于制备电子设备内不可或缺的晶体管。研究人员表示,最新研究有助于科学家们研制出运行速度更快且能耗更低的计算机和包括智能手机在内的移动设备。 一氧化锡这个小鲜肉由犹他大学材料科学和工程学副教授艾舒托什蒂瓦里领导的研究团队发现,它由锡和氧元素组成。目前,电子设备内的晶体管和其他元件由硅等三维材料制成,一个玻璃基层上包含有多层三维材料。但三维材料的缺陷在于,电子会在层内的各个方向四处弹跳。蒂瓦里解释道,而二维材料的优势在于,其由厚度仅为一两个原子的一个夹层组成,电子只能在夹层中移动,所以移动速度更快。 二维半导体材料5年前开始成为研究热点,尽管研究人员已发现了石墨烯、二硫化钼以及硼墨烯等多种二维材料,但这些材料只允许带负电荷的电子运动,而制造电子设备同时需要电子和带正电荷的空穴运动的半导体材料,最新发现的一氧化锡是有史以来第一种稳定的P型二维半导体材料。 一氧化锡材料有助于科学家们研制出体型更小且运行速度更快的晶体管,计算机处理器包含有数十亿个晶体管,单个芯片上集成的晶体管越多,处理器的功能越强大,最终科学家们或能制备出比现有设备快100倍的计算机和智能手机。另外,在这种材料内,由于电子通过一层而非像在三维材料内部来回弹跳,因此,产生的摩擦更少,使处理器不会像传统计算机芯片那样容易变得过热,且其运行需要的能量也更少,这对那些必须依靠电池运行的移动设备尤其是包括电子植入设备在内的医疗设备来说,不啻为一个巨大的福音。 蒂瓦里表示,模型设备有望于两三年内问世。相关研究论文发表在15日出版的《先进电学材料》杂志在线版上。

2016年对半导体行业来说是风起云涌。为了度过难关,各大企业不是一头扎进了疯狂的并购潮,就是加大力度进行技术研发。今天就让我们来看一看2016年半导体材料都发生了哪些突破。

据美国物理学家组织网12月6日报道,美国普渡大学和哈佛大学的科学家使用Ⅲ-Ⅴ族化合物砷化镓铟代替硅,研制出全球首款全门三维晶体管,可用于开发出运行速度更快、更高效的集成电路和更轻便、耗电更少的手提电脑。最新研究已在12月5日至7日于华盛顿举行的国际电子设备大会上宣读。

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一氧化锡这个“小鲜肉”由犹他大学材料科学和工程学副教授艾舒托什·蒂瓦里领导的研究团队发现,它由锡和氧元素组成。目前,电子设备内的晶体管和其他元件由硅等三维材料制成,一个玻璃基层上包含有多层三维材料。但三维材料的缺陷在于,电子会在层内的各个方向四处弹跳。蒂瓦里解释道,而二维材料的优势在于,其由厚度仅为一两个原子的一个夹层组成,电子只能在夹层中移动,所以移动速度更快。

美研制出非硅基全门三维晶体管,苏州市科学技术局。一、硅基导模量子集成光学芯片研制成功

科学家们使用所谓的自上而下的方法制造出了最新设备。该研究的领导者之一、普渡大学电子和计算机工程学教授叶培德表示,这一方法同传统制造过程兼容,与工业采用的精确蚀刻和定位晶体管内组件的方法类似,因此有望被工业界采用。

迄今最薄的半导体可直接平铺在光学空腔顶部。

二维半导体材料5年前开始成为研究热点,尽管研究人员已发现了石墨烯、二硫化钼以及硼墨烯等多种二维材料,但这些材料只允许带负电荷的电子运动,而制造电子设备同时需要电子和带正电荷的“空穴”运动的半导体材料,最新发现的一氧化锡是有史以来第一种稳定的P型二维半导体材料。

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Ⅲ-Ⅴ族化合物是元素周期表中Ⅲ族的镓、铟等和Ⅴ族的砷、锑等形成的化合物,其有望取代电子移动速度有限的硅半导体,推动晶体管技术不断前进。叶培德说:“科学家们一直希望尽早使用Ⅲ-Ⅴ族化合物研制出晶体管。现在,我们使用电子移动性比硅高的砷化镓铟制造出了全球首款全门的三维晶体管。”

美国科学家们利用迄今最纤薄的半导体,制造出一种新型纳米激光器,其不仅能效更高,容易制造且可与目前的电子设备兼容。研究人员表示,这一研究成果为最终制造出用光而非电子传输信息的下一代计算设备奠定了坚实的基础。

一氧化锡材料有助于科学家们研制出体型更小且运行速度更快的晶体管,计算机处理器包含有数十亿个晶体管,单个芯片上集成的晶体管越多,处理器的功能越强大,最终科学家们或能制备出比现有设备快100倍的计算机和智能手机。另外,在这种材料内,由于电子通过一层而非像在三维材料内部来回弹跳,因此,产生的摩擦更少,使处理器不会像传统计算机芯片那样容易变得过热,且其运行需要的能量也更少,这对那些必须依靠电池运行的移动设备尤其是包括电子植入设备在内的医疗设备来说,不啻为一个巨大的福音。

7月份,中国科技大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室任希锋研究组与浙江大学戴道锌教授合作,首次研制成功硅基导膜量子集成芯片,他们在硅光子集成芯片上利用硅纳米光波导中不同的能量传输模式,作为量子信息编码的新维度,实现了单光子态和量子纠缠态在偏振、路径、波导模式等不同自由度之间的相干转换,其干涉可见度均超过90%,为集成量子光学芯片上光子多个自由度的操纵和转换提供了重要实验依据。

晶体管中包含有一个名为门的关键设备,门使设备打开和关闭并引导电流。在现有芯片中,门长约为45纳米。不过,门长仅为22纳米的硅基三维芯片即将于2012年面世,科学家们也将于2015年推出门长为14纳米的晶体管。如果门长短于14纳米,同时还想让晶体管拥有更好的性能,使用硅可能无法做到,这意味着科学家们需要引入新的设计方法和材料。“由Ⅲ-Ⅴ合金制造的纳米线有望让我们将门长缩短至10纳米。新发现证实,使用Ⅲ-Ⅴ化合物制造出的晶体管的导电能力有可能达到硅基晶体管的5倍。”叶培德说。

9778818威尼斯官网,从医疗到金属切割再到电子产品,激光器都在其中扮演重要角色,但为了满足现代计算、通讯、成像和传感要求,科学家们一直希望能制造出体型更小且耗能更低的激光系统。华盛顿大学和斯坦福大学携手研制的这款纳米激光器,用仅仅三个原子厚的钨基半导体作为发光“增益材料”,或将满足上述要求。

蒂瓦里表示,模型设备有望于两三年内问世。相关研究论文发表在2月15日出版的《先进电学材料》杂志在线版上。

二、首个打破物理极限的1nm晶体管诞生

另外,制造出更小的晶体管也需要新的绝缘层,其对设备的关闭至关重要。如果门长缩短至14纳米,传统晶体管内使用的二氧化硅绝缘体就无法正确工作,可能会“漏电”,而其中的一个解决办法是使用绝缘值更高的材料代替硅。在最新研究中,科学家们采用原子层沉积方法研制出了一种由氧化铝制成的介质膜绝缘层。原子层沉积法这一新设计有助于研制更薄的介质层,而介质层越薄,意味着电子的流动速度越快,需要的电压也越少,因此耗电也更少。

该研究主要负责人吴三丰表示:“纳米激光器中使用的钨基半导体也是最近才问世,单层钨基分子非常纤薄且能有效地发射光,科学家们已经用它制造出了晶体管、二极管、太阳能电池等,现在,开始用它制造纳米激光器。”

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尽管纳米激光器体型娇小,肉眼无法看到,但其可广泛应用于多个领域—从下一代计算设备到能监测健康状况的可植入微型芯片等。不过,以前研制出纳米激光器使用的增益材料,要么更厚,要么被嵌入捕获光的空腔结构内,这就使它们很难制造且不容易同现在的电路和计算设备完美融合。据物理学家组织网3月25日报道,最新纳米激光器中使用的三个原子厚度的半导体能直接放在常用的光学空腔内,因此,能与组成激光器的关键元素有效地结合在一起。而且,只需27纳瓦的电力就能让其发射光,能效极高。

10月7日对于普通人来说可能没有什么意义,但对于计算机技术界来说绝对是一个值得纪念的日子。据外媒报道,劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。

该研究的联合作者、华盛顿大学电子工程和物理学助理教授阿卡·马优姆达表示,新型纳米激光器的另一个优点是很容易制造,也可与电子设备中常见的硅原件一起工作;另外,使用原子板作为增益材料不仅让其用途广泛且能更好地对其属性进行控制。最新的纳米激光技术让科学家们朝着光子计算和短距离光通讯迈出了重要一步。接下来,他们打算对激光发射的光的属性进行更深入的研究。

三、碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管

研究人员希望他们能进一步制造出电驱动的纳米激光器,最终实现用光而非电子在计算机芯片和主板间传输信息。目前的信息传输过程可能导致系统过热,可能也会浪费大量能源,因此,包括脸谱、惠普和因特尔等拥有大量数据中心的巨头都对能效更高的解决方案感兴趣。使用光子而非电子来传输信息耗能更少,且有望使下一代计算设备突破目前的带宽和能量限制。

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美国研究人员于9月6日宣布,他们成功制备出一种碳纳米晶体管,其性能首次超越现有硅晶体管,有望为碳纳米晶体管将来取代硅晶体管铺平道路。硅是目前主流半导体材料,广泛应用于各种电子元件。但受限于硅的自身性质,传统半导体技术被认为已经趋近极限。碳纳米管具有硅的半导体性质,科学界希望利用它来制造速度更快、能耗更低的下一代电子元件,使智能手机和笔记本电脑等设备的电池寿命更长、无线通信速率和计算速度更快。但长期以来,碳纳米管用作晶体管面临一系列挑战,其性能一直落后于硅晶体管和砷化镓晶体管。美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在美国《科学进展》杂志上介绍了他们克服的多重困难。

四、“石墨烯之父”发现比石墨烯更好的半导体——硒化铟(InSe)

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石墨烯只有一层原子那么厚,具有无可比拟的导电性。全世界的专家们都在畅想石墨烯在未来电路中的应用。尽管有那么多的超凡属性,石墨烯却没有能隙(energy gap)。不同于普通的半导体,它的化学表现更像是金属。这使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。这项新发现证明,硒化铟晶体可以做得只有几层原子那么薄。它已表现出大幅优于硅的电子属性。而硅是今天的电子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。更重要的是,跟石墨烯不同,硒化铟的能隙相当大。这使得它做成的晶体管可以很容易地开启/关闭。这一点和硅很像,使硒化铟成为硅的理想替代材料。人们可以用它来制作下一代超高速的电子设备。

五、人类首次飞秒拍摄到了半导体材料内部的电子运动

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电子是一种亚原子粒子,属于轻子的一种。长期以来,由于它的质量小(9.1x10-31千克),速度快(绕原子核一周只需要1.8x10-16秒),虽然用处广泛,却难以观测。2008年2月,来自瑞典的几位科学家首次拍摄到了单个电子的录像,实现了历史性的突破。然而,想要拍摄固体内部的电子,因为电子数量众多、环境复杂,更是难上加难。长期以来,科学家们没有找到任何直接观测的方法。如今,来自冲绳科学技术大学院大学(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University,OIST)的科学家们用他们的“飞秒照相机”成功地首次拍到了材料内部电子的运动轨迹,再度实现了突破。

六、美国犹他大学工程师最新发现新型二维半导体材料一氧化锡(SnO)

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一氧化锡这个“小鲜肉”由犹他大学材料科学和工程学副教授艾舒托什·蒂瓦里领导的研究团队发现,它由锡和氧元素组成。目前,电子设备内的晶体管和其他元件由硅等三维材料制成,一个玻璃基层上包含有多层三维材料。但三维材料的缺陷在于,电子会在层内的各个方向四处弹跳。蒂瓦里解释道,而二维材料的优势在于,其由厚度仅为一两个原子的一个夹层组成,电子只能在夹层中移动,所以移动速度更快。

七、德国开发出新型有机无机杂化“人工树叶”

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德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心michaellublow教授课题组日前首次设计合成了一种新型有机无机杂化的硅基光阳极(人工树叶)用于光解水产氧。得益于该保护层高稳定性、高导电性,光催化解水效率大幅提高,该项研究创新性地引入有机保护层,首次构造出了有机无机杂化的稳定光阳极结构,克服传统光阳极光解水的不稳定性问题,为光催化光阳极设计提供了新思路;同时,该保护层的制备方法具备良好的可扩展性,可沿用到其他半导体材料。

八、新型无机半导体材料SnIP具有DNA的双螺旋结构

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德国慕尼黑工业大学(Technical University of Munich;TUM)的研究人员合成了一种高度弹性的无机半导体材料——SnIP,最特别的是它具有像DNA的双螺旋结构。

这种新型的半导体主要由锡(Sn)、碘(I)和(P)三种元素构成,能够展现出非凡的光学与电子特性,并具备极端的机械柔韧度,其纤维约有几公分长,但可任意弯曲而不至于断裂。截至目前为止,最细的SnIP纤维仅包含5种双螺旋链,而且厚度只有几奈米。

九、首块纳米晶体“墨水”制成的晶体管问世

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晶体管是电子设备的基本元件,但其构造过程非常复杂,需要高温且高度真空的条件。美韩科学家在《科学》杂志上报告了一种新型制造方法,将液体纳米晶体“墨水”按顺序放置。他们称,这种效应晶体管或可用3D打印技术制造出来,有望用于物联网、柔性电子和可穿戴设备的研制。

十、美国科学家设计超材料以光子形式释放能量传递信息

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美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的科学家在《物理评论快报》杂志撰文指出,他们设计出了一种拥有自然界中没有的新奇属性的“量子超材料”, 它由光组成的人造晶体及被捕获的超冷原子构成,在很多方面与晶体类似,但结构更“完美”,没有天然材料内常见的瑕疵。

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