85后博士立大功！中国造全球最薄鳍式晶体管，沟道宽度仅0.6纳米

　　目前世界上最薄的鳍式晶体管是中国制造，这标志着我国在芯片科技的研发上实现了又一项突破。而它到底有多薄呢？沟道宽度只有0.6纳米，相当于三个原子的厚度。更牛的是，这项成果属于一位85后科学家韩拯博士，他担任着山港澳剧西大学光电研究所的教授一职，同时还是中国科学院金属研究所的研究员。在2020年年底，他带领金属研究所的成员与湖南大学合作，最终成功制备出了世界上最薄的鳍式场效应晶体管。

　　鳍式场效应晶体管和沟道宽度这两个专业名词，你听着是不是有点懵？首先，我们需要知道晶体管是什么存在。它是芯片中的基本元件，打个比方来说，我们可以把晶体管看成一段水路，通过的电流就是水流。而它在左中右三个位置分别有源极、漏极和栅极。这就好像水路的左端是水源，右端是可以抽水的水泵，中间有一个可以自由开合的水闸。当栅极也就是水闸关闭的时候，水路中没有水流。而当水闸不断升起，底部达到水槽之上时，水流会进入水路，水闸越高，水流越大。也就是说栅极的电压越高，晶体管的电流越大。

　　那鳍式场效应晶体管又和传统晶体管有什么不同？它由加州大学伯克利分校的胡正明教授在1999年研发而成。传统晶体管的源极和漏极是平面状态，而它的半导体沟道是竖起来排列的，就好像一片片鱼鳍。源极、漏极、栅极以及栅极介电层，都覆盖在鱼鳍沟道上，这也是它名字中“鳍式”的由来。

　　相较于传统晶体管的平面形态，鳍式的设计克服了短沟道效应，栅极的长度也就是栅长极大地缩短了，集成度增加，电路控制情况获得了很大的改善。因此，鳍式场效应晶体管被广泛使用，最终全面取代了传统晶体管。那沟道宽度又是个啥？像一片片鱼鳍一样竖起来的半导体阵列，这个东西的厚度，也就是沟道宽度。

　　做完了名词解释，我想大家一定很好奇，世界上最薄的鳍式晶体管是如何诞生的？

　　韩拯带领团队采用全新的材料替代了原本的沟道材料，这是一种单层二维原子晶体半导体。在呈台阶状的高度为数百纳米的模板牺牲层上，团队使用了自下而上的湿法化学沉积方式，让该半导体不断保形生长。最终该材料的宽度缩小到了单原子层极限的尺度，也就是0.6纳米。在此基础上，团队还结合了多重刻蚀等微纳加工工艺，使单原子层鳍片阵列的最小间距也仅有50纳米。这一成果可以说是几乎接近了物理极限。

　　而采用主流硅基半导体工艺的鳍式晶体管，其沟道宽度最小也有3到5纳米，0.6纳米还不到这个数据的零头。越薄的晶体管，就能为芯片节省出更多的储存空间，这有益于芯片缩减尺寸，从而提升性能。

　　韩拯团队的研究，为我国芯片事业的发展做出了重大的贡献。如今，世界科技已经迈入了后摩尔时代，我国也丝毫不落后。韩拯这样的人才不会少，未来在纳米领域，我们还会看见更多突破性的成果。

　　举报/反馈