支配计算领域44年之后，摩尔定律的下一步该往哪里走？ | 深度

（2）Gate-All-Around

下一个逻辑步骤，Argonne 国家实验室的 Snir 先生说，是周围栅极（Gate-All-Around）的晶体管，它的通道被四面的栅极环绕。这能提供最大的控制，但它给制造过程增加了额外的步骤，因为栅极必须在多个部分分别构建。大的芯片制造公司，例如三星曾经表示，它可能会使用周围栅极的晶体管来制造 5 纳米分离的芯片，三星以及其他的制造商，希望能做 2020 年代前期达到这个阶段。

（3）量子隧穿效应

除此之外需要更多外部的解决方案。一种想法是利用量子隧穿效应，这对于传统的晶体管来说是很大的烦恼，而当晶体管缩小的时候，事情也总会变得糟糕。这是有可能的，通过施加电场，以控制隧道效应发生的速率。低泄漏率对应状态 0，高泄漏率对应 1。第一个实验隧道晶体管由 IBM 的团队在 2004 年展示。从那之后，研究人员一直致力于商业化。

2015 年，美国加州大学一个由 Kaustav Banerjee 领导的研究小组，在 Nature 上发表了一篇文章，他们已经建立了一个隧道晶体管，工作电压只有 0.1，要远远小于比目前正在使用的 0.7V，这意味着更少的热量。但是在隧道晶体管变得可用之前，还有更多的工作需要完成。ARM 的微芯片设计师 Greg Yeric 说道：“目前它们在打开和关闭开关的速度还不够快，不足以让它们在快速的芯片中使用。Jim Greer 和他在爱尔兰 Tyndall 研究院的同事提出了另一个思路，它们的设备被称为无连接纳米线晶体管（JNT），旨在帮助解决小尺度制作的问题：让掺杂做的足够好。“这些天你正在谈论半导体掺小量的硅杂质，然后会很快来到这个点，即便是一个或两个杂质原子的错误位置，都会激烈的影响晶体管的表现。”Greer 博士说道。

相反，他和他的同事提出建立自己的 JNTs，距离一种一致掺杂的硅，只有 3 纳米的跨越。通常来说，这会导致一条电线，而不是一个开关：一个有着均匀导电能力的设备，而且不会被关闭。但是在这种微小的尺度下，栅极的电子影响能够刚好穿透电线，所以单独的栅极能够防止，在晶体管关闭的时候进行电流流动。

传统晶体管的工作原理是，在原本彼此隔离的源极和漏极之间搭建电桥。Greer 博士的设备以其他的方式工作：更像一个软管，栅极充当着避免电流流动。“这是真正的纳米技术，”他说：“我们的设备只能在这个尺度上工作，而最大的好处是，你不需要担心制造这些繁琐的结点。”

2、寻找硅的替代品

芯片制造商也在用超越硅的材料进行试验。去年，一个包括了三星、Gobal Foundries、IBM 和纽约州立大学的研究联盟，公布了一个 7 纳米的微芯片，这个技术被在 2018 年以前，并不被期待来到消费者的手中。它使用了和上一代发布的 FinFET 相同的设计，做了轻微的修改，但尽管大多数的设备都是从通常的硅制作完成的，其晶体管大约一半都是由硅 - 锗（SiGe）合金制成的隧道。

（4）硅 - 锗（SiGe）合金

选择了这种设计，是因为在某些方面，这是比硅更好的导体。再一次，这意味着更低的功率使用，并且允许晶体管更快的打开和关闭，提升芯片的速度。但这不是万能药，IBM 物理科学部门的负责人 Heike Riel 说。现代芯片从两种晶体管构建，一个被设计为传导电子，带着负电荷。其他种类被设计来导入“洞”里，这会放置在可能、但意外没有包含电子的半导体中。这些的出现，表现的就像它们带有正电荷的电子。并且，虽然硅锗擅长输送“洞穴”，但相比硅来说，它不是很擅长移动电子。

沿着这些线路到更高性能的表现，未来的路径可能需要同时把硅锗和其他混合物，让电子能比硅制材料中更好的移动。拥有最好电学性能的材料是一些合金，例如铟，镓和砷化，在元素周期表中统称为 III-V 材料。

麻烦的是，这些材料很难和硅进行融合。它们晶格中原子之间的间隔距离，和硅原子之间有很大的不同。所以将它们的一层增加到硅基片中，从中所有芯片的制作都会导致压力，这会带来芯片断裂的压力。

（5）石墨烯

最著名的替代方法是石墨烯，它是单原子厚的碳形式（二维）。石墨烯在操作电子和空穴的时候表现的非常好，但难点在于如何使它停止下来。研究人员一直试图通过掺杂、压碎、挤压石墨烯，或者使用电场来改变电学的性能。现在已经有了一些进展：曼彻斯特大学 2008 年报告了一个正在工作的石墨烯晶体管；加州大学 Guanxiong Liu 带领的研究小组，2013 年使用了一种有“负电阻”特性的材料以制作设备。但对石墨烯真正的影响，Yeric 博士说道，是刺激对其他二维材料的兴趣。“石墨烯是一个打开的盒子，”他说道：“我们现在正在寻找像二硫化钼的物质，或黑色磷、磷硼的混合物。”重要的是，所有的这些都像硅一样，可以很容易打开和关闭。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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