首个竖放晶体管计算机芯片问世

一种新的具有垂直传输场效应的晶体管。图片来源：CONNIE ZHOU FOR IBM

据《科学》消息，美国万国商业机器公司（IBM）和三星的研究人员已经制造出首个将晶体管竖立在两端的计算机芯片原型，即垂直传输场效应晶体管。这一变化将使电路的封装更加紧密，并使更快或更节能的设备成为可能。

业界知名硬件拆解与分析机构TechInsights半导体行业分析师Dan Hutcheson说：“这是一个重大突破，它让我们了解到下一代设备将会是什么样子。”

自上世纪60年代制造出第一个集成电路以来，半导体公司就设计出可以平躺在硅片上的晶体管，让电流横向流过硅片。他们还成功地将连续几代晶体管的体积缩小到更小。这一趋势被称为摩尔定律，它允许公司每两年将芯片上的晶体管数量增加一倍。在未来几年内，即将投入生产的芯片将在指甲盖大小的空间里塞满500亿个晶体管。

但摩尔定律正走向崩溃。晶体管由几个单独的导电体组成，用来控制流过半导体的电流。将这些元件挤压到比45纳米更小的地方，电流就会从一个元件泄漏到另一个元件。这时，晶体管不再起作用。因此，研究人员需要找到另一个解决方案。

领导垂直传输场效应晶体管项目的IBM工程师Brent Anderson介绍，他们的解决方案是把晶体管竖着，像一块砖一样平衡在一端。该方案能够保持单个设备的长度足够大，以完美发挥作用，同时各元件紧密地粘在一起，间距超过45纳米。

近日，在美国旧金山举行的第67届国际电子器件会议上，Anderson团队报告了他们发明的一种餐盘大小、带有垂直传输场效应晶体管的硅片。虽然研究人员没有详细说明制造它所需的所有步骤，但Anderson同事Hemanth Jagannathan说，他们可以在很大程度上使用标准半导体制造工具来实现这一点。这一点至关重要，因为半导体制造设施的建设耗资为数十亿美元。

Hutcheson预测，这一进步将使摩尔定律在未来十年左右的时间里继续适用。集成更多的晶体管将使未来的芯片设计师能够设计出运行速度提高一倍的处理器，或者将其能耗降低到目前标准的15%。例如，节省的能源可以使未来的手机在不充电的情况下运行长达一周。