研究人员开发了没有半导体的晶体管

电子在氮化硼纳米管上闪过一系列金量子点。密歇根理工学院的科学家们制造了量子隧道装置，该装置在室温下就像晶体管一样工作，而无需使用半导体材料。轭钦叶图形。

通过在纳米氮化硼纳米管的顶部放置纳米尺寸的金量子点，密歇根理工学院的研究人员创造了一种量子隧道器件，该器件在室温下的行为类似于晶体管，而无需使用半导体材料。

几十年来，电子设备变得越来越小。现在甚至可以在一个硅芯片上放置数百万个晶体管（甚至是例行程序）。

但是基于半导体的晶体管只能变得如此之小。密歇根理工大学的物理学家Yoke Khin Yap说：“以目前的技术发展速度，在10或20年内，它们将无法缩小任何尺寸。”“此外，半导体还有另一个缺点：它们以热量的形式浪费了很多能量。”

科学家们一直在使用诸如硅之类的半导体，对晶体管的不同材料和设计进行实验，以解决这些问题。早在2007年，Yap便想尝试一些不同的方法，这可能会开启电子新时代的大门。

他说：“这个想法是要制造一个使用纳米级绝缘体，顶部是纳米级金属的晶体管。”“原则上，如果操作正确的话，您可以得到一块塑料，并在上面铺上少量金属粉末，以制造出这些设备。但是我们试图以纳米级创建它，因此我们选择了纳米级绝缘体，氮化硼纳米管或BNNT作为衬底。”

Yap的团队已经决定了如何制作BNNT的虚拟地毯，这些地毯恰好是绝缘体，因此对电荷具有很高的抵抗力。然后，该团队使用激光在BNNT的顶部放置了一个小至3纳米的金量子点（QD），形成了QD-BNNT。BNNT由于其小，可控制和均匀的直径以及它们的绝缘特性，因此是这些量子点的理想衬底。BNNT限制了可以沉积的点的大小。

在橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家的合作下，他们在室温下在QDs-BNNTs的两端发射了电极，结果发生了一些有趣的事情。电子从金点到金点的跳变非常精确，这种现象称为量子隧穿。

想象一下，纳米管是一条河，每条河岸上都有一个电极。现在想象一下河上一些很小的垫脚石。 Yap说。电子在金垫脚石之间跳来跳去。石头是如此之小，一次只能在石头上获得一个电子。每个电子都以相同的方式通过，因此该设备始终稳定。

Yap的团队制造了没有半导体的晶体管。当施加足够的电压时，它切换到导通状态。当电压低或关闭时，它会恢复为绝缘体的自然状态。

此外，没有“泄漏”：没有金点的电子逸出到绝缘的BNNT中，从而使隧道沟道保持凉爽。相反，硅容易泄漏，这浪费了电子设备中的能量并产生大量的热量。

密歇根理工大学物理学家约翰·贾斯扎克说，其他人也制造了利用量子隧道的晶体管，他为Yap的实验研究开发了理论框架。然而，那些隧道设备仅在会妨碍典型的手机用户的条件下工作。

Jaszczak说：“它们仅在液氦温度下工作。”

Yap金纳米管装置的秘密在于其亚显微尺寸：1微米长，约20纳米宽。Jaszczak说：“金岛的宽度必须达到纳米级，才能在室温下控制电子。”“如果它们太大，那么太多的电子可以流动。”在这种情况下，越小越好：“使用纳米管和量子点可使您达到电子设备所需的规模。”

Yap说：“理论上，当电极之间的距离减小到一微米的一小部分时，这些隧穿通道可以最小化为几乎零尺寸。”

Yap已为该技术申请了完整的国际专利。

他们的工作在6月17日在线发表在“高级材料”上的文章“用金量子点功能化的氮化硼纳米管的室温隧穿行为”中进行了描述。除Yap和Jaszczak之外，合著者还包括研究科学家Zhang Dongyan，博士后研究员Chee Huei Lee和Wang Jiesheng，以及密歇根理工学院的研究生Madhusudan A. Savaikar，Boyi Hao和Douglas Banyai。 ORNL纳米相材料科学中心的秦胜勇，Kendal W. Clark和Li An-Ping；以及ORNL材料科学与技术部门的Juan-Carlos Idrobo。

这项工作由美国能源部基础能源科学办公室资助（奖号DE-FG02-06ER46294，PI：Y.K。Yap），部分在ORNL进行（CNMS2009-213和CNMS2012-083项目，PI：Y.K. Yap）。

出版物：Chee Huei Lee等人，“用金量子点功能化的氮化硼纳米管的室温隧穿行为”，《先进材料》，2013年； DOI：10.1002 / adma.201301339

图像：轭钦叶