晶体管新突破：哥大科学家研制出室温下工作的单分子晶体管

2017-08-19 15:18 来源:DeepTech深科技

原标题：晶体管新突破：哥大科学家研制出室温下工作的单分子晶体管

仔细看你周围，无论是用于工作学习的电脑，还是用于娱乐通讯的手机，或者是交通灯中的单片机控制单元，都离不开现代半导体工业的最基本元件——晶体管（transistor）。过去的五十年，开奖，晶体管集成技术一直按照摩尔定律预测的那样发展：集成电路上可容纳的晶体管数量大约每隔 1-2 年便会增加一倍，性能也随之翻倍

然而，五十年过去了，摩尔定律似乎走到了尽头，随着晶体管特征尺寸的不断减小，一些不可避免的问题开始显现：工艺的均匀性，量子隧道效应的出现，信号串扰加剧，器件散热问题。为了解决这些问题，人们不得不开始思考晶体管发展的新思路。

英特尔3D技术晶体管

五年前，直播，科研人员证实了用一个单分子来制备晶体管的可行性。此后大量的研究组开始跟进这个想法，然而一直没有制备出实际的器件，直到最近，来自哥伦比亚大学的研究组宣布，他们制备出了只含有一小束原子的二极管，通过给这个二极管上加电压，可以控制它在绝缘体和导体之间转化，并且每次只会让一个电子通过。

最近，发表在《自然·纳米技术》的论文中，哥伦比亚大学的研究者们描述了这种原子团簇二极管，它的核心只含有14个原子，并且几何排列上非常有序。他们将这种原子团簇连接到金电极上，通过给原子施加偏压，来检验它的电学响应。通过这种方案，研究者们创造出了这种具有电流阻塞效应的器件，这种器件不仅可以在常温下工作，并且有很强的重复性。

哥伦比亚大学研究人员制备的连接在金电极上的单分子晶体管（图片来自Bonnie Choi/Columbia University）

哥伦比亚大学研究组负责人Latha Venkataraman表示，虽然过去有很多具有单电子晶体管(single-electron transistor)功能的器件,但是大多数没有很好的重复性，而且几乎都没有显示出在常温下也具有单电子晶体管的功能。

“这项工作的一个非常重要的创新点是，我们在原子尺度下，用14个原子组成的非有机分子精确地制备出了这种器件，” Latha Venkataraman解释道，“并且我们还用了一种很新颖的方法：只用两个依赖于周围电化学环境的接线端来连接器件。”

在这种电化学环境中，研究人员可以通过改变加在器件上的偏置电压，从而改变晶体管分子周围的离子浓度，给团簇充电。“通过改变团簇周围的静电环境，我们可以改变它的电荷态，使电流可以通过这种单分子结。”Venkataraman说。

“我们发现这种原子团簇作为纳米尺度下的二极管在常温时表现出良好的性质，并且可以通过改变化学组分来调整它的电学响应。”Venkataraman在一份新闻稿中说。

在之前的研究中，量子点（Quantum Dots）器件或多或少具备一些这种电子团簇器件的功能。实际上，量子点是一种能够储蓄少量电子的半导体器件，类似于一个人造原子，但量子点没有完美的可重复性，有些很小另外一些却很大，导致它们的特性不能始终一致。

然而，哥伦比亚大学的研究人员表示，他们可以控制原子团簇的结构，确保每次制备出的原子团簇器件的形状结构完全一致——这使得可重复地制备和测量大规模的这种原子团簇器件成为可能。“我们已经可以在原子尺度下精确地控制这种原子团簇，并且还能改变它的组成元素和结构，从而得到想要的电学响应”，Venkataraman说。