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文/陳根
早在20世紀(jì)50年代，由德國物理學(xué)家Walter Brattain和William Shockley等人發(fā)明的半導(dǎo)體電子器件——鍺錫晶體管被廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。它的原理是利用鍺和硅材料的p-n結(jié)構(gòu)，通過控制基極電流來控制集電極和發(fā)射極之間的電流，實(shí)現(xiàn)信號放大和開關(guān)控制。但是，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，鍺錫晶體管被更先進(jìn)、性能更優(yōu)異的硅基晶體管所取代。
經(jīng)過70多年的發(fā)展之后，芯片上的晶體管數(shù)量大約以每兩年翻一番的速度增長，電路也相應(yīng)地變得更小。“我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了結(jié)構(gòu)尺寸只有2到3納米的階段，幾乎是可行的極限。”德國于利希研究中心Peter Grünberg研究所（PGI-9）的趙清太教授說，“我們的想法是找到一種具有更有利電子性能的材料，并可用于在更大的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)相同的性能。”
基于這個(gè)思路方向，Peter Grünberg研究所的研究人員在新的研發(fā)過程中，再次把焦點(diǎn)定位到了鍺上，因?yàn)閺睦碚撋蟻碇v，電子在鍺中的移動速度比在硅中快得多；同時(shí)，為了進(jìn)一步優(yōu)化電子特性，研究團(tuán)隊(duì)將錫原子結(jié)合到鍺晶格中，開發(fā)出了新型的鍺錫晶體管，其電子遷移率提升到了純鍺晶體管的2.5倍。
鑒于鍺和錫與硅來自元素周期表中的同一主族，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)鍺錫系統(tǒng)不僅可以有效克服硅技術(shù)的物理限制，而且與現(xiàn)有的芯片制造CMOS工藝兼容，所以，通過現(xiàn)有生產(chǎn)線便可以將鍺錫晶體管直接集成到傳統(tǒng)硅芯片中。
實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)顯示：由鍺錫制成的新型晶體管的性能明顯優(yōu)于由硅制成的晶體管。首先，在低溫低壓的外部條件下，鍺錫晶體管往往有更好的表現(xiàn)；其次，鍺錫晶體管與激光器一起，為納米電子學(xué)和光子學(xué)在單個(gè)芯片上的單片集成提供了更有前途的解決方案。
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