新突破!厦门大学研究团队发现晶体管中的电子量子干涉效应

发布时间:2019-02-21

电子器件微型化,带动技术更新

 

随着半导体工业的发展,集成电路芯片上晶体管的集成度越来越高,尺寸越来越小,芯片运行速度也越来越快。以智能手机、可穿戴以及汽车通讯等消费电子的快速发展,通讯模块也在逐渐向小型化以及精品化方向发展,新的趋势也带动了元器件贴片技术的迭代和更新。

 

但是,传统的硅基晶体管的尺寸已达到瓶颈,为进一步减小晶体管尺寸,基于单个有机分子来替代硅作为晶体管材料,成为电子器件微型化潜在技术方案。而目前单分子晶体管的开关比普遍较低,严重制约了器件的性能。


 


计算机芯片突破硅基半导体器件物理极限

 

日前,《自然·材料》期刊在线发表文章,厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室洪文晶团队和英国兰卡斯特大学Colin Lambert教授、上海电力大学陈文博团队合作,在国际上首次发现了在单分子电化学晶体管中电子的量子干涉效应,在此基础上制备出基于量子效应的高性能单分子电化学晶体管,为当前计算机芯片突破硅基半导体器件物理极限提供一个全新思路。

 

所谓硅基半导体是指以硅材料为基础发展起来的新型材料。包括绝缘层上的硅材料、锗硅材料、多孔硅、微晶硅以及以硅为基底异质外延其他化合物半导体材料等。

 

晶体管为便携式电子器材打开一扇门

 

据洪文晶教授介绍,在单分子器件中,电子在通过单分子器件中不同电输运通路时,由于存在相位差而出现增强或相消量子干涉效应,这是在纳米-亚纳米尺度电子输运的独特效应。在分子结构相近的情况下,具有相消量子干涉效应的分子和不具有相消量子干涉效应的分子相比,其电子输运能力可能有数量级的差异。


 


以智能手机屏幕的例子来说,每一个组成图像的像素,是由数十万甚至数百万小型晶体管来控制开启和关闭的。晶体管驱动着我们使用的所有消费性电子产品的逻辑运行,而速度达到新高的柔性晶体管,则为未来廉价高效的便携式电子器材打开了一扇门。

 

该团队在研究中首次实现了可集成电化学门控的单分子电子器件测试芯片技术和科学仪器方法,并在室温下首次实现了对单分子电子器件中量子干涉效应的反共振现象的直接观测和调控,得到了比传统单分子晶体管开关比高出数十倍的单分子电化学晶体管,对制备基于量子干涉效应的新型分子材料和器件具有重要意义。

 

如果您对半导体材料、新功能材料等这方面的学术资讯也有一定的了解,请参加2019412-14日在马来西亚·吉隆坡隆重举行的第五届工程材料与制造技术国际学术会议(IFEMMT 2019)。该会议 AEIC学术交流中心主办,旨在为从事工程材料与制造技术的专家学者、工程技术人员、技术研发人员提供一个共享科研成果和前沿技术,了解学术发展趋势,拓宽研究思路,加强学术研究和探讨,促进学术成果产业化合作的平台。