三合一可變形半導體器件替代摩爾定律

在半導體工業中，目前主要存在一種提升設備速度和效率的策略：根據摩爾定律，比例縮小器件規模使得在計算機晶元中集成更多晶體管。但是，計算機晶元中的晶體管數目不可能永遠保持指數級增長，這就促使研究者尋找其他的改進半導體技術的方法。

在一項發表在納米技術的新研究中，位於紐約奧爾巴尼的紐約州立大學(SUNY)工業學院的研究者表明，將多種功能結合到單個半導體器件中能提升設備功能並降低製造複雜性，由此提供了一種不同於比例縮小設備規模來提升功能的替代選擇。

嗯，圖上的文字並非我的原話啊，有誤差有誤差。credit: 煎蛋畫師花聽

為了進行演示，研究者設計並製造了一種可重構器件。這種器件可變形成為三種基本半導體器件：pn二極體(功能是整流器，將交流電轉變為直流電)，MOSFET即金屬氧化物半導體場效電晶體(開關)以及雙極性晶體管(或者叫BJT，用於電流放大)。

共同作者Ji Ung Lee說道：「我們成功利用單個可重構器件演示了三個最重要的半導體器件(pn二極體，MOSFET以及BJT)。雖然可以利用現代半導體生產設備單獨製造這幾種器件，但如果要將它們結合起來則需要複雜的集成方案，而我們現在卻能製造一種實現三種器件功能的設備。」

這種多功能器件由二維二硒化鎢構成(WSe2)，這是一種近期發現的過渡金屬雙硫分子配合物半導體。通過控制其厚度就能調整其能帶隙，並且在單層形式下具有直接能隙，因此在電子應用方面極具潛力。能帶隙是二維過渡金屬雙硫分子配合物相比零能帶隙石墨烯的優勢之一。

為了將多種功能集成到單個器件中，研究者研發了一種新的摻雜技術。由於WSe2是一種新材料，目前尚缺乏相應的摻雜技術。通過摻雜，研究者能實現諸如雙極性傳導等性能，即在不同條件下能傳導電子和空穴。摻雜技術還意味著所有三種功能都是表面傳導器件，這就提供了一種評估其性能的單一直接方式。

Lee說道：「相比使用只能形成固定器件的傳統半導體製造技術，我們使用柵極進行摻雜。這些攜帶(電子或空穴)流過半導體的柵極能動態變化。這種變化的能力使得這種可重構器件實現了多種功能。」

「除了實現這些器件功能，這種可重構器件還能潛在更簡潔和有效地實現特定邏輯功能。這是因為增加柵極能節省整體面積，使計算更具效率。」

研究者計劃未來進一步研究這種多功能器件的應用。

Lee說道：「我們希望利用比目前半導體製造過程更少的基本器件建立複雜的計算機電路。這將證實我們器件在後CMOS時代的可擴展性。」

論文原文： DOI: 10.1088/1361-6528/aa7350

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。 Lisa Zyga

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！