本
文
摘
要
近日，由《科技日报》评选的2022年国内十大科技新闻揭晓，排在首位的就是：首次制成栅极长度最小的晶体管，这意味着中国芯片即将迎来突围吗？
晶体管是芯片的核心元器件，连接电极的栅极尺寸越小，晶体管的尺寸就会越小，芯片上就可以集成更多的晶体管，芯片的性能就会越高。
1965年，英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出：“芯片上可容纳的晶体管，每隔18-24个月便会增加一倍，会导致芯片的性能提高一倍，或价格下降一半。”这个被称为“摩尔定律”。
过去几十年，晶体管的栅极尺寸在摩尔定律的推动下不断缩小。但随着尺寸的缩小，问题也开始出现，比如电子迁移率降低、漏电流增大、静态功耗增大等等，新结构和新材料的开发迫在眉睫。
目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12纳米以上，2016年，美国劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福大学在《科学》期刊报道了团队利用金属性碳纳米管材料和二硫化钼，实现了物理栅长仅为1纳米的平面硫化钼晶体管。
2022年，人类又再一次向摩尔定律的极限发起挑战。这一次，中国人扮演了探索者的角色。
为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈，清华大学团队巧妙利用石墨烯薄膜作为栅极，通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼(MoS_2)沟道的开关，从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。相关成果在线发表在3月15日的《自然》杂志上。
石墨烯单原子层厚度和优异的导电性能，终于被实验性地体现在芯片上。专家评价：这项新工作将栅极的尺寸极限进一步缩小到仅一层碳原子的厚度，在相当长的一段时间内，要打破这一纪录是非常困难的。
二维薄膜的运用将会带来柔软、透明、高密度的芯片。如果使用新材料，就有机会实现全柔性的手机——其CPU、存储器都是软的，而且更加节能。
如何让1纳米以下栅长晶体管从实验室成果走向产业化？什么时候可以造出更小的芯片？栅长的缩小只是一个维度而已，对于芯片而言，还有很多需要突破的维度。
比如，还需要配合沟道的微缩，需要借助光刻机，要通过极紫外光刻将沟道进一步微缩到5纳米。
不管怎么说，中国人已经造出了栅极长度最小的晶体管，而且这是中国自主知识产权，未来我们还将继续进行沟道微缩及大规模芯片集成等工作，中国芯片的突围任重道远，但未来可期。
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