新型金屬-絕緣體電子技術(shù)將替代半導體技術(shù)

超高速電子正在迅速填補最高不過數(shù)百GHz的半導體和可以達到數(shù)百THz的光學頻率之間的“THz差距”。大家都知道，頻率達到THz時的波長通常以毫米為單位，而承諾填補“THz差距”的新技術(shù)，正是Phiar公司發(fā)明的新型金屬-絕緣體電子技術(shù)，其演示頻率已達3.8THz。  

Phiar聲稱在業(yè)界已經(jīng)擁有多家合作伙伴，其技術(shù)已經(jīng)克服許多應用中的障礙，包括60GHz天線邊緣頻率轉(zhuǎn)換、并行閃速固態(tài)存儲驅(qū)動器、單芯片毫米波雷達、用于安全的“X光透視”系統(tǒng)和芯片間RF互連的集成式THz檢測器陣列。  

“我們的技術(shù)將成為自電子管推出以來第一種可行的半導體替代技術(shù)。”Phiar公司業(yè)務開發(fā)總監(jiān)Adam Rentschler宣稱。  

近日，Phiar和摩托羅拉實驗室聯(lián)合完成了一項以Phiar的金屬-絕緣體二極管為基礎(chǔ)的60GHz天線開發(fā)工作，這種天線能實現(xiàn)數(shù)Gb的無線射頻，可用來傳送多通道的未經(jīng)壓縮的高清視頻信號。該器件符合最新的60GHz無線標準IEEE 802.15 TG3c。一直以來，速度能夠滿足60GHz天線要求且具有性價比的器件，只有昂貴的分立型砷化鎵二極管。但借助Phiar公司推出不用半導體的金屬-絕緣體二極管后，摩托羅拉公司已經(jīng)成功開發(fā)出60GHz無線電設(shè)備和天線原型。  

“摩托羅拉在數(shù)年前就成功演示了頻率很高的數(shù)Gb發(fā)送器和接收器，目前正在對器件的尺寸、性能和總體成本進行改進?！?nbsp;摩托羅拉毫米波RF技術(shù)經(jīng)理Rudy Emrick透露道。  

采用Phiar公司的技術(shù)后，60GHz的無線信號可以在并不昂貴的模擬金屬-絕緣體電路幫助下降為2-3GHz信號，從而在消費設(shè)備之間實現(xiàn)高清視頻的無線傳送。Phiar技術(shù)還能實現(xiàn)低價的THz雷達和成像設(shè)備，例如能夠準確透過衣服辨認匿藏武器的機場安全系統(tǒng)。  

Phiar公司還宣稱與一家未透露名字的“美國主要的閃存制造商”簽署了一份合同，準備使用金屬-絕緣體技術(shù)實現(xiàn)用于固態(tài)驅(qū)動器的并聯(lián)閃存，能達到NOR的速度和NAND的密度。  

除了60GHz二極管外，Phiar公司還展示了匹配的檢測器和AM接收器；60GHz混頻器、調(diào)制器和變?nèi)荻O管的概念原型；500GHz二極管以及THz檢測器。該公司還有望在今年展示THz晶體管原型。“通過配置高密度NAND存儲器(通常是串行設(shè)備)實現(xiàn)像NOR那樣的隨機訪問，金屬-絕緣體晶體管可以實現(xiàn)固態(tài)硬驅(qū)，并有潛力實現(xiàn)隨機存取固態(tài)硬驅(qū)?！盠ux Research公司高級分析師Vahe Mamikunian表示。  

淘汰半導體  

金屬-絕緣體電子技術(shù)用第二層的絕緣體和金屬，替代了金屬氧化物半導體(MOS)器件中的半導體，從而形成金屬-絕緣體-絕緣體-金屬四層堆疊結(jié)構(gòu)。該技術(shù)行的通的真正原因是：兩類金屬及其絕緣體經(jīng)過仔細裁剪在只允許高能隧道的絕緣體間很好地形成了一個量子。因此當施加于頂部金屬的電壓超過其閾值時，彈道傳送機制發(fā)生作用，從而加速隧道電子通過間隙。  

“我們促進了通過氧化層的量子隧道效應，而氧化層厚度總共也才60埃(0.6nm)左右?！盤hiar公司總裁兼首席執(zhí)行官Bob Goodman說道，“因為量子隧道是一種傳送機制，它產(chǎn)生的速度比半導體領(lǐng)域中的任何事物都快，在我們的器件中是飛秒(10-(SUB/)15(/SUB))數(shù)量級，這將打破半導體的物理定律?！?nbsp; 

這樣，金屬-絕緣體器件的最高頻率已達3.8THz，而半導體由于不可避免地會降低電子流速，因此目前CMOS半導體的最高速度只能達到60GHz，SiGe半導體也只有400GHz。  

金屬-絕緣體技術(shù)據(jù)稱在制造方面比高速硅片技術(shù)更容易，因為它采用的是與CMOS工廠相同的成熟工藝步驟，而且器件幾乎可以在所有基底上制造——即使是在消費類器件的塑料外殼內(nèi)面上也可以。