——由于一种新型晶体管的出现，材料和结构的进步可能导致无硅芯片的制造

中国的研究人员称，他们研发出了一种新型无硅晶体管，这种晶体管能够显著提升性能，同时降低能耗。该研究团队表示，这一成果代表了晶体管研究的一个新方向。

据《南华早报》（SCMP）的一篇报道，科学家们称，这种新型晶体管可以集成到芯片中，未来有一天，这些芯片的运行速度可能会比英特尔等美国公司生产的目前性能最佳的硅基处理器快 40%。

研究人员还声称，尽管性能大幅提升，这种芯片的耗电量却会减少 10%。科学家们在 2 月 13 日发表于《自然》杂志的一项新研究中阐述了他们的研究成果。

该研究的第一作者、中国北京大学化学系教授彭海琳向《南华早报》表示：“如果把基于现有材料的芯片创新视为一条‘捷径’，那么我们对基于二维材料的晶体管的研发就如同‘变道’。”

一种新型无硅晶体管

科学家们在论文中称，芯片之所以能够实现效率和性能的提升，得益于其独特的架构，特别是他们所研发的新型二维无硅晶体管。这种晶体管是一种环绕栅极场效应晶体管（GAAFET）。与鳍式场效应晶体管（FinFET）等先前的主流晶体管设计不同，环绕栅极场效应晶体管从四个面用栅极包裹源极，而不只是三个面。

从最基本的层面来讲，晶体管是一种半导体器件，存在于每一个计算机芯片之中。每个晶体管都有一个源极、一个栅极和一个漏极，这使得晶体管能够起到开关的作用。

栅极是晶体管控制源极和漏极端子之间电流流动的部件，它既可以充当开关，也可以充当放大器。将栅极环绕在源极（对于一些包含多个源极的晶体管，则是多个源极）的所有面，而不是像传统晶体管那样只环绕三个面，这有可能提升性能和效率。

这是因为完全包裹的源极能提供更好的静电控制（因为静电放电造成的能量损失更少），并且有可能实现更高的驱动电流和更快的开关速度。

虽然环绕栅极场效应晶体管（GAAFET）架构本身并非新事物，但北京大学团队使用氧硒化铋作为半导体材料却是创新之举，而且他们还用这种材料制造出了 “原子级厚度” 的二维晶体管。

科学家们在研究中补充道，二维铋晶体管相比传统的硅晶体管，脆性更低，柔韧性更好。铋具有更好的载流子迁移率，即在施加电场时电子在其中移动的速度更快。它还具有较高的介电常数（介电常数是衡量材料储存电能能力的一个指标），这有助于提高晶体管的效率。

如果这种晶体管确实能被安装到比英特尔等美国公司制造的芯片运行速度更快的芯片中，那么中国或许也能借此绕开目前在购买先进芯片方面所面临的限制，并通过转向一种完全不同的制造工艺，涉足美国的芯片制造领域。

2025年3月24日出 作者艾伦·布拉德利

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