【產(chǎn)通社，11月28日訊】在過(guò)去的75年里，晶體管技術(shù)最明顯的變化就是我們能制造多少�？s小設(shè)備的尺寸是一項(xiàng)巨大的努力，也是一項(xiàng)非常成功的努力。但是尺寸并不是工程師們改進(jìn)的唯一特征。

甚至當(dāng)1948年第一批晶體管上市的最初銷售收入被統(tǒng)計(jì)時(shí)，下一代晶體管已經(jīng)被發(fā)明出來(lái)了。從那以后，工程師們一次又一次地重新發(fā)明了晶體管，從凝聚態(tài)物理中尋找任何可能將小信號(hào)轉(zhuǎn)化為大信號(hào)的東西。

1947年，只有一個(gè)晶體管。根據(jù)TechInsight的預(yù)測(cè)，今年半導(dǎo)體行業(yè)將生產(chǎn)近20億萬(wàn)億(1021)個(gè)器件。這比2017年之前所有年份制造的晶體管總和還要多。在這個(gè)幾乎難以想象的數(shù)字背后，是晶體管價(jià)格的持續(xù)下降，因?yàn)楣こ處焸円呀?jīng)學(xué)會(huì)將越來(lái)越多的晶體管集成到同一個(gè)硅片區(qū)域。

縮小矽平面的2D空間中的晶體管，已經(jīng)取得了巨大的成功。自1971年以來(lái)，邏輯電路中的晶體管密度已經(jīng)增加了60多萬(wàn)倍。縮小晶體管尺寸需要使用更短波長(zhǎng)的光，如極紫外光，以及其他光刻技術(shù)來(lái)縮小晶體管柵極之間以及金屬互連之間的空間。展望未來(lái)，這是第三個(gè)維度，晶體管將一個(gè)接一個(gè)地構(gòu)建，這才是最重要的。這種趨勢(shì)在閃存中已經(jīng)有十多年的歷史了，但對(duì)于邏輯來(lái)說(shuō)仍然是未來(lái)的趨勢(shì)，并將摩爾定律提升到新的高度。

也許所有這些努力的最高成就是將數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億個(gè)晶體管集成到這個(gè)星球上最復(fù)雜的系統(tǒng)中的能力——CPU。除了讓它們變得又小又多，工程師們還致力于提高設(shè)備的其他品質(zhì)。以下是晶體管在過(guò)去75年中的一小部分變化。

短暫

伊利諾伊州的研究人員利用超薄硅膜、鎂導(dǎo)體和氧化鎂絕緣體的組合，開(kāi)發(fā)出了溶于體內(nèi)的電路。在水里呆五分鐘就足以讓第一代變成糊狀。但最近，研究人員使用了一種更耐用的版本來(lái)制造臨時(shí)心臟起搏器，當(dāng)它們消失時(shí)，會(huì)釋放一種抗炎藥物。

快速

第一個(gè)晶體管是為無(wú)線電頻率制造的，但現(xiàn)在有一些設(shè)備的工作頻率是無(wú)線電頻率的十億倍。韓國(guó)和日本的工程師報(bào)告了銦鎵砷高電子遷移率晶體管(HEMT)的發(fā)明，其最高頻率達(dá)到了738千兆赫。為了尋求原始速度，諾斯羅普·格魯曼公司的工程師制造了一臺(tái)通過(guò)1兆兆赫的HEMT。

扁平

今天(和昨天)的晶體管依賴于塊狀(3D)材料的半導(dǎo)體特性。未來(lái)的器件可能依賴于2D半導(dǎo)體，如二硫化鉬和二硫化鎢。研究人員說(shuō)，這些晶體管可能內(nèi)置于處理器硅片上方的互連層中。因此，2D半導(dǎo)體公司可能有助于3D處理器的發(fā)展。

靈活

世界不是平的，晶體管需要工作的地方也不是平的。最近，韓國(guó)的工程師們利用砷化銦鎵，在塑料上制造出了高性能邏輯晶體管，當(dāng)彎曲半徑僅為4毫米時(shí)，這種晶體管幾乎不會(huì)受到影響。伊利諾伊州和英格蘭的工程師們已經(jīng)制造出既便宜又可彎曲的微控制器。

不可見(jiàn)

當(dāng)你需要在眾目睽睽之下隱藏你的計(jì)算時(shí)，轉(zhuǎn)向透明晶體管。中國(guó)福州的研究人員最近使用有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管制作了一種透明的閃存模擬物。日本和馬來(lái)西亞的研究人員制造了能夠承受1000伏以上電壓的透明鉆石裝置。

助記符

NAND閃存單元可以在單個(gè)器件備中存儲(chǔ)多個(gè)位。今天市場(chǎng)上的那些每個(gè)存儲(chǔ)3或4位。Kioxia Corp .的研究人員制造了一種改良的NAND閃存單元，并將其浸泡在77開(kāi)爾文的液氮中。單個(gè)超冷晶體管可以存儲(chǔ)多達(dá)7位數(shù)據(jù)，或128個(gè)不同的值。

強(qiáng)硬

一些晶體管可以接受來(lái)自外星的懲罰。美國(guó)宇航局格倫研究中心建造了200個(gè)晶體管碳化硅集成電路，并在模擬金星表面環(huán)境的小室中運(yùn)行了60天——460攝氏度的高溫，行星探測(cè)器粉碎的9.3兆帕壓力，以及地獄般的行星腐蝕性大氣。

基礎(chǔ)

2018年，加拿大的工程師們使用一種算法來(lái)生成所有可能的獨(dú)特和功能性基本電路，這些電路只需使用兩個(gè)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管即可制成。電路總數(shù)達(dá)到驚人的582個(gè)。將范圍擴(kuò)大到三個(gè)晶體管，就形成了56,280個(gè)電路，包括幾個(gè)以前工程上不知道的放大器。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://spectrum.ieee.org/transistor-density。（張怡，產(chǎn)通發(fā)布）