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近年来 ， 非硅计算机晶体材料研究不断突破 ， 甚至被认为是为计算机领域带来了新的希望 ， 可与硅（Si）技术相竞争 。专家认为 ， 尽管如此 ， 其对硅主导的集成电路芯片技术 ， 尚无法形成实质性改变 。
■采访人员 秦志伟
最近 ， 美国麻省理工学院（MIT）研究团队在IEEE国际电子元件会议上发表文章称 ， 用纳米级砷化镓铟（InGaAs）可以构建集成度更高、功耗更低的晶体管 。InGaAs晶体管技术被认为是为计算机领域带来了新的希望 ， 甚至可与硅（Si）技术相竞争 。
中国科学院上海技术物理研究所研究员王建禄认真研究了MIT团队这项工作 ， 尤其是该项工作的原始数据 。“该团队发现了9纳米（nm） InGaAsFinFET结构晶体管的弹道迁移率特性 ， 是InGaAs晶体管技术上的一个突破 。”他在接受《中国科学报》采访时表示 ， 但其对以Si主导的集成电路芯片技术 ， 尚无法形成实质性改变 。
“硅基晶体管在可预见的未来都将是不可替代的 。”中国科学院半导体研究所研究员李晋闽补充道 。
晶体管尺寸不断缩小
人类使用的电脑、智能手机、智能硬件等 ， 都离不开晶体管 。作为人类史上最伟大的发明之一 ， 晶体管具有检波、整流、稳压、信号调制等多种功能 ， 通常用作放大器和电控开关 。但在集成电路技术出现后 ， 大量晶体管可以封装在一片指甲盖大小的芯片内 。
摩尔定律显示 ， 当价格不变时 ， 集成电路上可容纳的晶体管数量 ， 每隔约18个月会增加一倍 ， 性能也将提升一倍 。
随着半导体技术的发展 ， 晶体管尺寸不断缩小 ， 芯片制程不断提高 ， 从32nm到22nm、16nm、14nm、7nm ， 一直到5nm 。不难看出 ， 单颗芯片上可容纳晶体管数量不断增加 ， 最先进的芯片上容纳的晶体管数量已达到几十亿甚至上百亿 。
然而 ， 辉煌了55年的摩尔定律逼近极限 ， 冯·诺依曼计算架构也遇到“内存墙”（Memory Wall）问题 。
传统晶体管主要以Si材料制作而成 。对于Si基晶体管而言 ， 7nm堪称物理极限 。专家表示 ， 一旦晶体管尺寸低于7nm ， 电子的行为将受限于量子的不确定性 ， 晶体管中的电子容易产生隧穿效应 ， 晶体管将变得不再可靠 ， 芯片制造必将面临巨大挑战 。
也就是说 ， 虽然Si基半导体材料和晶体管框架的创新持续推进摩尔定律发展 ， 但摩尔定律确实逐步趋近物理极限 。
【硅晶体管|非硅晶体管：新材料能否派上大用场】后摩尔时代将会是什么样的 ， 正成为业界当下讨论的焦点 。“目前摩尔定律要想进一步延伸 ， 主要是要解决集成度和能效的关系 。”王建禄说 。
他向《中国科学报》进一步解释道 ， 晶体管体积越来越小 ， 种种物理极限制约着其进一步发展 。比如当晶体管沟道区域长度足够短的时候 ， 量子穿隧效应就会发生 ， 会导致漏电流增加 ， 进而导致晶体管效能的下降 。
寻找新材料替代Si ， 生产出尺寸更小、性能更佳的晶体管成为共识 。例如 ， 利用碳纳米管和二氧化钼、黑磷、石墨烯、硒化铟等材料制作晶体管 ， 但这些解决方案仍处在实验室实验阶段 。

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