由超薄半导体材料制成的纳米级三维晶体管，可比硅基器件更高效地运行（艺术图）。图片来源：iStock

美国麻省理工学院团队利用超薄半导体材料，成功研制出一种全新的纳米级3D晶体管。这是迄今已知最小的3D晶体管，其性能和功能可比肩甚至超越现有硅基晶体管，将为高性能节能电子产品的研制开辟新途径。相关论文发表于5日出版的《自然·电子学》杂志。

晶体管是现代电子设备和集成电路中的基础元件，具有多种重要功能，包括放大和开关电信号。然而，受“玻尔兹曼暴政”这一基本物理限制的影响，硅基晶体管无法在低于一定电压的条件下工作，这无疑限制了其进一步提升性能，以及扩展适用范围。

为打破这一瓶颈，团队利用由锑化镓和砷化铟组成的超薄半导体材料，研制出这款新型3D晶体管。该晶体管性能与目前最先进的硅晶体管相当，能在远低于传统晶体管的电压下高效运行。

团队还将量子隧穿原理引入新型晶体管架构内。在量子隧穿现象中，电子可以穿过而非翻越能量势垒，这使得晶体管更容易被打开或关闭。为进一步降低新型晶体管“体型”，他们创建出直径仅为6纳米的垂直纳米线异质结构。

测试结果显示，新型晶体管可以更快速高效地切换状态。与类似的隧穿晶体管相比，其性能更是提高了20倍。

这款新型晶体管充分利用了量子力学特性，在几平方纳米内同时实现了低电压操作以及高性能表现。由于该晶体管尺寸极小，因此可将更多该晶体管封装在计算机芯片上，这将为研制出更高效、节能且功能强大的电子产品奠定坚实基础。

目前，团队正致力于改进制造工艺，以确保整个芯片上晶体管性能的一致性。同时，他们还积极探索其他3D晶体管设计，如垂直鳍形结构等。