澳洲科學家開發出單原子電晶體

澳洲新南威爾斯大學(UNSW)週日(2/19)宣佈，該校的科學家已成功在矽晶材料上利用單原子打造出可運作的電晶體，這項技術將可望打破摩爾定律面臨的物理極限，讓矽晶製程微縮持續發展下去。

該研究中由磷原子構成的電晶體，可作為主動元件之用，這項研究成果將發表在這一期的「自然奈米科技」期刊。

UNSW量子運算和通訊中心負責人Michelle Simmons表示，這是首次科學家展現出能夠在矽晶基板中精密控制單一原子的能力。這項研究實現了前所未有的原子級準確度，能為未來的量子電腦奠定重要基礎，可大幅提升運算效率。

UNSW還在微元件表面上蝕刻出多個可視記號，讓研究人員能連接金屬接觸並施加電壓。這個微元件顯示出來的電子特性與理論預測值幾乎完全相同，這意味著在矽晶基板上放置一顆磷原子作為電晶體之用，是完全可行的。

UNSW是利用掃描穿隧顯微鏡(STM)在一個超高壓真空室中觀察和操控矽晶表面的原子。透過蝕刻製程，將磷原子放置在矽晶上，並以無電抗性的氫氣層將其覆蓋住。然後，再用STM精密地將氫原子移除，並運用化學反應將磷原子併入矽晶表面。最後，這個結構能夠用矽晶層包覆，並以複雜方式在元件上蝕刻出記號，以做為金屬連接。

半導體產業熟知的摩爾定律是指每18個月晶片上的電晶體數就將成長一倍，這也是推動過去數十年來運算速度不斷成長的重要關鍵。但進入20奈米世代後，已逐漸接近矽晶材料的物理極限。

Simmons表示，若依照摩爾定律，到2020年，電晶體必須是原子級結構才有可能。UNSW的這項研究可為半導體製造商提供原子級電晶體技術的重要參考，以協助他們持續推動摩爾定律的發展。(編譯/范眠)