金屬-絕緣體電子技術(shù)可望取代半導體？

超高速電子正迅速地填補著(zhù)介于最高僅數百GHz的半導體，以及可高達數百THz的光學(xué)頻率之間的‘THz間隙’。眾所周知，頻率達到THz時(shí)的波長(cháng)通常以毫米為單位，而由Phiar公司所發(fā)明的新型金屬-絕緣體電子技術(shù)，顯示出其頻率已高達3.8THz，可望成為填補‘THz間隙’的新技術(shù)。 

Phiar聲稱(chēng)該公司在業(yè)界擁有多家技術(shù)開(kāi)發(fā)合作伙伴，使其技術(shù)得以克服許多應用中的障礙，包括60GHz天線(xiàn)邊緣頻率轉換、平行快閃固態(tài)儲存硬盤(pán)、單芯片毫米波雷達、用于安全領(lǐng)域的‘X光透視’系統和芯片間RF互連的整合式THz檢測器數組。

“我們的技術(shù)將成為自真空管推出以來(lái)第一種可行的半導體替代技術(shù)?！盤(pán)hiar公司業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總監AdamRentschler宣稱(chēng)。 

近日，Phiar和摩托羅拉實(shí)驗室(MotorolaLabs)共同完成了一項以Phiar的金屬-絕緣體二極管為基礎的60GHz天線(xiàn)開(kāi)發(fā)工作，這種天線(xiàn)能實(shí)現數Gb的無(wú)線(xiàn)射頻，并用以傳送多信道的未經(jīng)壓縮高解析視訊訊號。該組件符合最新的60GHz無(wú)線(xiàn)標準IEEE802.15TG3c。一直以來(lái)，速度能夠滿(mǎn)足60GHz天線(xiàn)要求且具有性?xún)r(jià)比的組件，只有昂貴的分離式砷化鎵二極管。但隨著(zhù)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)成功地開(kāi)發(fā)出60GHz的無(wú)線(xiàn)電設備和天線(xiàn)原型。 

“摩托羅拉在數年前就成功展示了頻率很高的數Gb傳送器和接收器，目前正對組件的尺寸、性能和總體成本進(jìn)行改進(jìn)?！蹦ν辛_拉毫米波RF技術(shù)經(jīng)理RudyEmrick透露道。 

采用Phiar公司的技術(shù)后，60GHz的無(wú)線(xiàn)訊號可透過(guò)較不昂貴的模擬金屬-絕緣體電路而下降為2~3GHz訊號，因而在消費設備之間實(shí)現高解析視訊的無(wú)線(xiàn)傳送。Phiar技術(shù)還能實(shí)現低價(jià)的THz雷達和成像設備，例如能夠準確穿透衣物以辨識是否藏匿武器的機場(chǎng)安全系統。 

Phiar公司還宣稱(chēng)已與一家未透露名字的‘美國主要閃存制造商’簽署了一份合約，計劃使用金屬-絕緣體技術(shù)以實(shí)現用于固態(tài)硬盤(pán)的平行閃存，據稱(chēng)能達到NOR的速度與NAND的密度。 

除了60GHz二極管以外，Phiar公司也展示了可搭配的檢測器和AM接收器，以及60GHz混頻器、調變器和變容二極管的概念原型、500GHz二極管與THz檢測器。該公司并預期將在今年展示THz晶體管原型?！巴高^(guò)將高密度NAND內存(通常是串行設備)配置成像NOR內存般的隨機存取裝置，金屬-絕緣體晶體管可實(shí)現固態(tài)硬盤(pán)，并具備實(shí)現隨機存取固態(tài)硬盤(pán)的潛力?！盠uxResearch公司資深分析師VaheMamikunian表示。 

淘汰半導體 

金屬-絕緣體電子技術(shù)采用第二層絕緣體和金屬，取代了金屬氧化物半導體(MOS)組件中的半導體，因而形成‘金屬-絕緣體-絕緣體-金屬’的四層堆棧架構。使得該技術(shù)順利運作的主要原因在于：兩種金屬及其絕緣體經(jīng)過(guò)仔細裁剪后，在只允許高能量穿隧效應的絕緣體間有效地形成了一個(gè)量子阱。因此，當施加于頂部金屬的電壓超過(guò)其閾值時(shí)，彈道傳送機制產(chǎn)生作用，因而加速穿隧電子通過(guò)間隙。

“我們促進(jìn)了通過(guò)氧化層的量子穿隧效應，而氧化層厚度總共也才60埃(0.6nm)左右?！盤(pán)hiar公司總裁兼執行長(cháng)BobGoodman說(shuō)道，“由于量子穿隧是一種傳送機制，它發(fā)生的速度比半導體領(lǐng)域中的任何事物都快，在我們的組件中是飛秒(10-(SUB/)15(/SUB))數量級，這將打破半導體的物理定律?！?nbsp;

因此，金屬-絕緣體組件的最高頻率已達3.8THz，而半導體由于不可避免地會(huì )降低電子流動(dòng)速率，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)據稱(chēng)在制造方面比高速芯片技術(shù)更容易，因為它采用的是與CMOS晶圓廠(chǎng)相同的成熟制程步驟，而且組件幾乎可以在所有基板上制造──即使是在消費性組件的塑料外殼內面上也一樣行得通。