据外媒报道，美国劳伦斯伯克利国家实验室的一支团队开发出了到目前为止尺寸最小的晶体管。这种晶体管的栅极线宽可缩小至1纳米。

过去多年中，许多工程师都在研究如何缩小集成电路中的元件尺寸。根据物理定律，5纳米被认为是传统半导体栅极线宽的极限，这大约是当前市面上高端20纳米栅极晶体管的1/4。 

 劳伦斯伯克利国家实验室由阿里·加维(Ali Javey)带领的一支团队开发出了一种新型晶体管，其栅极线宽只有1纳米。作为对比，人类的发丝宽度约为5万纳米。

加维表示：“我们开发了到目前为止已报告的最小的晶体管。栅极线宽可以定义晶体管的尺寸。我们展示了一种1纳米栅极的晶体管。利用适当的材料。电子元件的尺寸还有很大的优化空间。”

这其中的关键是使用碳纳米管和二硫化钼，后者是一种在汽车配件店里常见的发动机润滑剂。

这项研究的首席作者苏杰伊·德赛伊(Sujay Desai)表示：“半导体行业一直认为，任何线宽小于5纳米的栅极都无法工作，因此研究者甚至没有考虑过这种可能性。通过用二硫化钼来取代硅，我们可以制造出线宽只有1纳米的栅极，并使其起到开关的作用。”

晶体管结构中包括三极，即源极、漏极和栅极。电流从源极流向漏极，并受到栅极的控制。通过施加不同的电压，栅极可以起到开关的效果。 

 硅和二硫化钼都具备晶格结构，但相对于二硫化钼，电子在流经硅材料时阻抗更小。当栅极线宽超过5纳米时，这是硅材料的优势。然而，如果线宽小于5纳米，我们将会看到量子隧穿效应，栅极势垒将无法阻止电子从源极流向漏极。德赛伊表示：“这意味着，我们无法关闭晶体管。电子将失控。”

由于二硫化钼的阻抗更高，因此在栅极线宽较小的情况下，电子流动仍可以受控。二硫化钼材料的厚度还可以进一步缩小至原子水平，即约0.65纳米，从而带来更小的介电常数。介电常数反映了材料在电场中保存能量的性能。在栅极线宽缩小至1纳米时，这些特性将有助于优化对晶体管内电流的控制。

这一研究成果已发表在《科学》杂志上。加维表示：“这项成果表明，晶体管栅极不再被局限至大于5纳米。通过适当的半导体材料工程和设备架构，摩尔定律将继续生效一段时间。”

纳米晶体管

美国贝尔实验室科学家研究出仅是沙粒一百万分之一大小的纳米（ n anometers）晶体管（ t ransistor），这项新的突破对于发展低耗电量的细小电脑晶片，扮演着重要的角色。

作用

电脑晶片将随着纳米晶体管的出现而面对很大的改变。

普通的晶体管体积要大得多，它们挤在一起组成电脑和其他电子器材的头脑。科学家使用有机分子和一种自行安装的化学过程，把晶体管的体积缩小到前所未有的1到2纳米直径，也就是一公尺的十亿分之一。

科学家也说，他们利用这些晶体管建了一个电脑中常见的简单电路模式。

美丽、简单又聪明的方法

实验

研究员指出，这项实验证明，能够以极微小的体积制成运作方式和现有电脑晶片完全一样的晶体管。它证明了晶体管最终的极限。这项科技将在数年内使用于商业用途上。

宾夕法尼亚州立大学化学教授保罗韦斯（Paul Weiss）说：“这是一个美丽、简单又聪明的方法。它突破了许多其它纳米制作方法中所包含的难题。”

分子晶体管技术已经成为晶体管发展过程当中最先进的技术之一，现有的晶片以硅质为主，它的形体上的局限，将阻碍晶片行业在未来10到15年的发展。

电脑晶片中的晶体管数量越多，它们解读数据和处理信息的能力也得到加强，因此，纳米晶体管的问世将对晶片业有重大的意义。一些专家预测，不久后将出现能够随处放置的微电脑，不需要持续充电。

贝尔实验室的关于晶体管的研究，成为成功的分子电子学实验之一。

使用实例

今年6月，荷兰研究人员制造出首个能在室温下有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础，依靠一个电子来决定“开”和“关”状态，由于它具有微型和低耗能的特点，将成为分子电脑的理想材料。

I BM公司在今年8月也曾宣布一个由碳原子卷起来制成管子的电路。

贝尔实验室在实验中采用另一种称为硫醇（ t hiols）的有机材料。据研究人员观察，这些分子在调节和扩大电流时都操作良好。

I BM研究部物理科学主管特伊斯（ T om Theis）说：“要知道如何打开一个分子的电子开关非常困难，从来没有人曾在这类分子身上制作一个电子‘闸门’。如果真的能够做到，可说是向前跨出了非常重要的一步。”

基本上，晶体管是属于控制电流的开关。关上的时候，没有电流可以通过，也就代表电脑中的“0”状态。电流从另一侧进入时（通过“闸电极”），电子状态转移，电流开始流通，把开关转到“1”的打开位置。在黄金制造的电极间自我组合贝尔实验室的晶体管的组成是采用非常新颖的方式，让分子在黄金制造的电极之间自我组合。

研究员首先在一片硅圆晶上开一个方形凹口，然后在凹口底部放置一片黄金，形成开关的一面。之后，把圆晶浸入以碳为基储柱子形分子的溶剂中，分子扮演半导体的功能，它的末端能够和黄金结合在一起。

溶剂蒸发后，分子在黄金上形成一个单层，有如树干般地站立。然后再于开关的另一头加上第二层黄金层。硅质凹口扮演闸电极的角色，在黄金电极之间控制电流的开关。

以碳为基础的分子层非常细小（少于一寸的1000万分之一），比任何现有的硅质晶体管小很多。而细小的开关意味着能够更快速地进行开关动作，从而制成更快速的电脑晶片。

研究员说，组合技术相当容易而便宜，能够生产密度较大但体积极小的晶体管。电极之间只有1、2纳米，晶体管的电路长度也是历来最小的。

贝尔实验室物理科学研究副主管卡帕索博士（ Dr．Federico Capasso）说：“这只是一场革命的开始。”

不过，加州惠普实验室量子科学主管威廉斯博士说，缩小晶体管本身并不是解决问题的方法。他指出，即使能够制造出数兆亿个分子体积的晶体管，尝试把它们连在一起，结果也许是一团糟。