新納米晶體管展現(xiàn)強(qiáng)量子限制效應(yīng)

 美國(guó)得克薩斯大學(xué)的一個(gè)研究小組用非常細(xì)的納米線制造出一種晶體管，表現(xiàn)出明顯的量子限制效應(yīng)，納米線的直徑越小，電流越強(qiáng)。該技術(shù)有望在生物感測(cè)、集成電路縮微制造方面發(fā)揮重要作用。相關(guān)研究發(fā)表在最近出版的《納米快報(bào)》上。

實(shí)驗(yàn)中，他們用平版印刷技術(shù)制造了一種直徑僅有3納米到5納米的硅納米線。由于直徑非常小，表現(xiàn)出明顯的量子限制效應(yīng)，納米線的塊值（bulkvalues）性質(zhì)發(fā)生了變化。尤其是用極細(xì)納米線制造的晶體管，在空穴遷移率、驅(qū)動(dòng)電流和電流強(qiáng)度等方面屬性明顯增強(qiáng)，大大提高了晶體管的工作效率，其性能甚至超過(guò)最近報(bào)道的用半導(dǎo)體摻雜技術(shù)改良的硅納米線晶體管。

得克薩斯大學(xué)研究人員沃爾特•胡介紹說(shuō)，我們已經(jīng)證明，載荷子遷移率會(huì)隨著硅隧道的量子限制程度增加而不斷提高，這在理論上為3納米直徑納米線的受激高速空穴流動(dòng)提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

這好像是違反直覺(jué)的，一根更細(xì)的納米線能產(chǎn)生比更粗的線更高的流動(dòng)性。但研究人員解釋說(shuō)，在塊狀硅中，形成電流的空穴能量分布很寬，量子限制效應(yīng)限制了空穴，形成了更加一致的能量排列，從而提高了導(dǎo)線中的載荷子遷移率。在細(xì)納米線中，由于空穴能量分布更窄，反而提高了流動(dòng)性和電流強(qiáng)度。當(dāng)與構(gòu)造類(lèi)似的納米帶（只在厚度維度進(jìn)行限制）相比時(shí)，細(xì)納米線也顯出隧道的量子限制程度提高，能產(chǎn)生更高的載荷子遷移率。

納米線晶體管技術(shù)主要用于制造廉價(jià)且超靈敏的生物傳感器，其靈敏度將隨納米線直徑的減小而增加。“我們計(jì)劃用這種型號(hào)的微細(xì)納米線晶體管來(lái)開(kāi)發(fā)蛋白質(zhì)生物感測(cè)器。”沃爾特•胡說(shuō)，小直徑納米線依靠本身優(yōu)勢(shì)，可在生物感測(cè)方面發(fā)揮重要作用，有望開(kāi)發(fā)出最終達(dá)到一個(gè)單分子的靈敏感測(cè)儀器，而且信噪比更好。

除了生物感測(cè)器，新型高性能晶體管還在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體縮微技術(shù)（CMOS，一種集成電路材料微型化）上有極大潛力，目前該領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)接近極限，變得越來(lái)越難。沃爾特•胡認(rèn)為，硅材料在納米電子設(shè)備領(lǐng)域仍具有很多潛能。硅納米線晶體管的性能隨著直徑減小而增強(qiáng)，將細(xì)微納米線晶體管排成陣列，無(wú)需新的工藝技術(shù)就能制造出高性能產(chǎn)品。新型納米線晶體管在把CMOS縮小到納米級(jí)別時(shí)甚至能簡(jiǎn)化目前的工序，并不需要用高摻雜的補(bǔ)充質(zhì)結(jié)作為源漏。