美研究發(fā)現納米線(xiàn)晶體管表現量子限制效應

　　美國得克薩斯大學(xué)的一個(gè)研究小組用非常細的納米線(xiàn)制造出一種晶體管，表現出明顯的量子限制效應，納米線(xiàn)的直徑越小，電流越強。該技術(shù)有望在生物感測、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》上。

　　實(shí)驗中，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(xiàn)。由于直徑非常小，表現出明顯的量子限制效應，納米線(xiàn)的塊值(bulk values)性質(zhì)發(fā)生了變化。尤其是用極細納米線(xiàn)制造的晶體管，在空穴遷移率、驅動(dòng)電流和電流強度等方面屬性明顯增強，大大提高了晶體管的工作效率，其性能甚至超過(guò)最近報道的用半導體摻雜技術(shù)改良的硅納米線(xiàn)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(zhù)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(xiàn)的受激高速空穴流動(dòng)提供了實(shí)驗證據。

　　這好像是違反直覺(jué)的，一根更細的納米線(xiàn)能產(chǎn)生比更粗的線(xiàn)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，量子限制效應限制了空穴，形成了更加一致的能量排列，從而提高了導線(xiàn)中的載荷子遷移率。在細納米線(xiàn)中，由于空穴能量分布更窄，反而提高了流動(dòng)性和電流強度。當與構造類(lèi)似的納米帶(只在厚度維度進(jìn)行限制)相比時(shí)，細納米線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)直徑的減小而增加。“我們計劃用這種型號的微細納米線(xiàn)晶體管來(lái)開(kāi)發(fā)蛋白質(zhì)生物感測器。”沃爾特•胡說(shuō)，小直徑納米線(xiàn)依靠本身優(yōu)勢，可在生物感測方面發(fā)揮重要作用，有望開(kāi)發(fā)出最終達到一個(gè)單分子的靈敏感測儀器，而且信噪比更好。

　　除了生物感測器，新型高性能晶體管還在互補金屬氧化物半導體縮微技術(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•胡認為，硅材料在納米電子設備領(lǐng)域仍具有很多潛能。硅納米線(xiàn)晶體管的性能隨著(zhù)直徑減小而增強，將細微納米線(xiàn)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(xiàn)晶體管在把CMOS縮小到納米級別時(shí)甚至能簡(jiǎn)化目前的工序，并不需要用高摻雜的補充質(zhì)結作為源漏。