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超越极限，韩国科学家打造3.9纳米晶体管，开启低功耗高性能时代！

文章来源：贤集网更新时间：2024-08-02 14:19:20

半导体器件集成度受限于栅极电极尺寸。传统工艺因光刻分辨率限制无法制造几纳米以下栅极。

近日，韩国研究团队利用二维半导体二硫化钼的镜面孪晶边界（MTB），其宽度仅0.4纳米，作为栅极电极，成功突破光刻限制，制造出栅极长度仅3.9纳米的晶体管，远超IEEE预测。该技术发表在《自然?纳米技术》

相比传统技术，新型1D MTB晶体管结构简单、栅极极窄，能减少寄生电容，提高稳定性，有望成为未来低功耗高性能电子设备的关键技术。

亚纳米晶体管的独特“生长”之道

（一）无需光刻机的神奇之旅

传统的光刻机在亚纳米尺度下显得捉襟见肘，而在2023年，科学家们另辟蹊径，成功地“生长”出了一维的亚纳米晶体管，且无需依赖光刻机。这一突破就像是找到了一条隐藏在丛林中的捷径，为晶体管的制造带来了全新的思路。

（二）创新机制的微观探秘

背后的创新机制如同一个神秘的密码，等待着科学家们去破解。经过2年的深入研究，通过深入研究原子和分子的相互作用，揭示了这一独特“生长”过程的奥秘，为进一步优化和发展奠定了基础。

（三）未来应用的无限遐想

这种无需光刻机的亚纳米晶体管为众多领域开启了无限的想象空间。据预测，到2030年，从超级计算机到智能穿戴设备，从医疗科技到航空航天，它们有望成为推动技术革命的关键力量，市场规模将达到5000亿美元。

亚纳米晶体管的惊艳登场

这款由韩国 IBS 团队研制的亚纳米级晶体管，尺寸之小令人咋舌，达到了前所未有的 0.7 纳米，仿佛是微观世界中的一颗璀璨明珠。

它不仅尺寸惊人，性能更是卓越非凡。功耗大幅降低，仅为 0.1 瓦特，运算速度却如闪电般迅速，每秒可达 500 亿次，效率之高令人叹为观止。

与传统晶体管相比，亚纳米晶体管具有更高的集成度，能在单位面积上集成超过 10 亿个晶体管，同时稳定性提升了 80%，为电子设备的微型化和高性能化提供了强大的支撑。

创新的秘诀

团队巧妙地运用了新型拓扑绝缘体材料，这种材料在亚纳米尺度下展现出独特的物理和化学性质，电导率提高了 50%，为晶体管的性能提升注入了强大动力。

他们摒弃了传统的制造工艺，研发出全新的原子层沉积技术，如同在微观世界中精雕细琢的艺术大师，实现了对晶体管结构的精准控制，误差率降低至 0.01%。

在理论研究方面，IBS 团队提出了创新性的量子限域效应调控理论，为亚纳米晶体管的设计和优化提供了坚实的理论基础，使设计效率提高了 60%，引领了行业的发展方向。

亚纳米技术面临的挑战与机遇

（一）微观世界的艰难险阻

在亚纳米尺度下，材料的稳定性、制备的重复性以及性能的一致性等问题成为了摆在科学家面前的一道道难关。截至2024年，例如材料稳定性的问题，仍有30%的亚纳米材料存在稳定性不足的情况。如同在崎岖的山路上前行，需要克服无数的艰难险阻。

（二）跨学科合作的迫切需求

解决这些难题需要物理、化学、材料科学等多个学科的深度融合和协同创新。从2015年开始，跨学科的合作就像是搭建一座坚固的桥梁，连接起不同领域的智慧和力量。目前，已经有500多个跨学科研究团队投入到亚纳米技术的研究中。

（三）巨大的应用潜力与市场机遇

尽管面临挑战，但亚纳米技术在半导体、能源存储、生物医学等领域展现出的巨大应用潜力，如同隐藏在深海中的宝藏，吸引着众多企业和投资者纷纷涌入。预计到2025年，亚纳米技术在半导体领域的市场份额将增长到20%。

影响与展望

亚纳米晶体管的诞生，将为半导体行业带来革命性的变化。它有望使芯片性能提升 3 倍以上，推动芯片技术的飞速发展，使电子设备更加智能、高效、小巧。

从超级计算机到智能穿戴设备，从医疗仪器到航空航天，亚纳米晶体管都将大显身手。在超级计算机领域，可使计算速度提高 50%；在智能穿戴设备中，能使设备体积缩小 70%。为各个领域带来前所未有的创新和突破。

尽管取得了巨大成功，但 IBS 团队深知前方仍有诸多挑战。然而，他们也坚信，在科技的浪潮中，机遇总是与挑战并存。他们将继续砥砺前行，为亚纳米晶体管的发展书写更加辉煌的篇章。

结语：

亚纳米尺度的科技领域是一片充满奇迹和希望的新大陆，科学家们在这片土地上辛勤耕耘，不断收获着令人瞩目的成果。尽管前方的道路依然充满挑战，但我们坚信，在科学家们的不懈努力和创新精神的引领下，亚纳米科技必将创造出更加辉煌的未来，为人类的进步和发展贡献更多的智慧和力量。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_554020.html
来源：贤集网
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