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[科学家]芯片领域的好消息，科学家发明了制造单原子晶体管的新方法


[科学家]芯片领域的好消息，科学家发明了制造单原子晶体管的新方法
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[科学家]芯片领域的好消息，科学家发明了制造单原子晶体管的新方法
难以想象的是 ， 仅由几个原子团甚至单个原子组成的晶体管有望成为新一代计算机的组成部分 ， 它们具有无与伦比的内存和处理能力 。 但要充分发挥这些微型晶体管（微型电子开关）的潜力 ， 研究人员必须找到一种方法 ， 对这些众所周知难以制造的元件进行大量复制 。
现在 ， 美国国家标准技术研究所（NIST）和马里兰大学的研究人员已经逐步开发出一种可以生产原子尺度装置的方法 。 至此 ， NIST领导的团队成为了世界上第二个建造单原子晶体管的团队 ， 也成为了第一个对器件的制造在几何尺寸上进行原子级控制的单电子晶体管团队 。
科学家们证明 ， 他们可以精确地调整单个电子通过晶体管中物理间隙或电势垒的速度 ， 即使经典物理学因为电子缺乏足够的能量而禁止它这样做 。 这种严格意义上的量子现象被称为量子隧穿 ， 只有当间隙非常小时才变得重要 ， 例如在微型晶体管中 。 精确控制量子隧穿是关键 ， 因为它能使晶体管变得“纠缠”或以只有通过量子力学才能实现的方式互连 ， 并为创造可用于量子计算的量子比特开辟新的可能性 。
【[科学家]芯片领域的好消息，科学家发明了制造单原子晶体管的新方法】
为了制造单原子和少原子晶体管 ， 研究小组依赖于一种已知的技术 ， 即在硅芯片上覆盖一层很容易与硅结合的氢原子 。 然后 ， 用扫描隧道显微镜的细针尖移除选定位置的氢原子 。 剩下的氢起到了屏障的作用 ， 因此当研究小组将磷化氢气体（PH3）导向硅表面时 ， 单个PH3分子只附着在氢被移除的位置 。 研究人员随后加热硅表面 ， 热量将氢原子从PH3中喷射出来 ， 使留下的磷原子嵌入到表面 。 通过附加的处理 ， 结合的磷原子产生了一系列高度稳定的单原子或少原子器件 ， 并且它们具有作为量子比特的潜力 。
过去 ， 研究人员通常在所有硅层生长的过程中加热 ， 以消除缺陷并确保硅具有将单原子器件与传统硅片电子元件集成所需的纯晶体结构 。 但NIST的科学家发现 ， 这种加热可能会使结合的磷原子移位 ， 并可能破坏原子尺度装置的结构 。 相反 ， 研究小组在室温下沉积了前几层硅 ， 使磷原子保持原位 。 只有当随后的层被沉积时 ， 研究小组才开始加热 。
此外 ， 研究小组还开发了一种新技术 ， 用于与深埋的原子进行电接触 ， 以便它们可以作为电路的一部分工作 。 科学家们轻轻地加热了一层钯金属层 ， 该层钯金属应用于硅表面的特定区域 ， 该区域位于嵌入硅器件选定组件的正上方 。 加热后的钯与硅反应形成一种称为硅化钯的导电合金 ， 它自然地穿透硅并与磷原子接触 。 这种接触方法目前有将近100%的成功率 。
在发表在《通信物理学》上的相关研究中 ， 科学家们已经证明了他们可以精确地控制单个电子通过单电子晶体管中原子级精确隧穿势垒的速率 。 NIST的研究人员制造了一系列的单电子晶体管 ， 除了隧穿间隙的大小不同外 ， 其他方面都是一样的 。 对电流的测量表明 ， 通过将晶体管组件之间的间隙增加或减少不到一纳米（十亿分之一米） ， 研究小组可以以可预测的方式精确控制单个电子通过晶体管的流量 。


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