科学家们成功制造了世界上最小的晶体管，生产出具有 1 纳米栅极的开关。如果你想知道人类的头发有多小约 80,000 至 100,000 纳米宽。
与常规晶体管不同，研究人员的新原型不是由硅制成的，更小的尺寸意味着我们仍然可以通过在集成电路中填充更多令人难以置信的小元件来提高集成电路的性能。
它也可以帮助我们维持摩尔定律。
以英特尔联合创始人戈登·摩尔的名字命名摩尔定律预测集成电路中晶体管的数量大约每两年就会增加一倍，从而使计算机处理器变得更加复杂和强大。
不幸的是，晶体管已经变得如此之小，我们已经没有办法让它们变得更小了。但现在，多亏了加州大学伯克利分校的一组研究人员，我们已经克服了这一难题。5纳米阈值此前，这被认为是晶体管小型化的顶峰。
“我们制造了迄今为止报道的最小的晶体管，”研究员阿里·贾维说伯克利实验室材料科学部负责人。 “我们展示了 1 纳米栅极晶体管，表明通过选择适当的材料，我们的电子产品还有更大的空间缩小。”
Javey 的团队通过使用碳纳米管和一种名为二硫化钼(MoS2)，有时用作发动机润滑剂。
在传统的（读：更大的）晶体管中，硅是一种理想的材料，因为流过电路的电子遇到的电阻很低。
对于MoS2，它们会遇到更大的阻力，但当晶体管变得非常小时，这种减速效应实际上是有益的，因为它有助于控制电子行为。
5 纳米晶体管之前被认为是理论极限的原因之一是，一旦尺寸小于硅晶体管，就会出现一种称为量子隧道效应电子开始从一个晶体管跳跃到另一个晶体管，导致信号失控。
“这意味着我们无法关闭晶体管，”首席研究员 Sujay Desai 说。 “电子失控了。”
但用二硫化钼代替硅，并有效地抑制电子，信号可以再次受到控制。
在测试中，研究人员的原型设备将 MoS2 与 1 纳米宽的碳结合在一起– 表明晶体管有效地控制了电子的流动。
除了在计算机中实现更好的计算机性能的明显好处之外，它取得如此胜利的原因之一是，以前没有人知道可以做到这一点。
“半导体行业长期以来一直认为任何低于 5 纳米的栅极都无法工作，因此甚至没有考虑任何低于 5 纳米的栅极。”德赛说。
“这项研究表明，亚 5 纳米栅极不应该被忽视……通过将材料从硅改为 MoS2，我们可以制造栅极长度仅为 1 纳米的晶体管，并像开关一样操作它。”
晶体管的横截面。图片来源：Qingxiao Wang/UT Dallas
尽管取得了成功，但该团队承认，要在计算机和移动设备中使用 1 纳米晶体管，还有很长的路要走。既然我们知道这种小型开关可以工作，我们需要弄清楚如何可靠地大规模制造它们，并进一步优化技术。
“这项工作展示了有史以来最短的晶体管，”贾维说。 “然而，这是一个概念验证。我们还没有将这些晶体管封装到芯片上，而且我们还没有这样做数十亿次。”
尽管如此，如果我们能够解决这些困难，这里的发现意味着电路层面的技术性能将在不久的将来继续进步——并且确实与戈登摩尔的时间表保持同步几十年前就预言过。
“他的工作很重要，它表明我们的晶体管不再局限于 5 纳米栅极，”贾维说。 “通过对半导体材料和器件架构进行适当的设计，摩尔定律可以持续更长时间。”
研究结果报告于科学。
