富士|工程晶体新材料，半导体行业迎来了新的技术加持！相机|传感器|摄影

一种新材料可以减少控制先进硅晶体管所需的能量。

来源：Ella Maru Studio
加州大学伯克利分校的工程师们创造了工程晶体结构，这些结构表现出一种被称为负电容的异常物理现象。将这种材料集成到先进的硅晶体管中可以使计算机更节能。

工程晶体可以帮助计算机在更少的功率下运行。
当我们使用电脑和手机时，我们通常不会考虑他们使用的能源量。但随着计算机继续变得越来越小和强大，它们需要越来越多的能源才能运行。
【富士|工程晶体新材料，半导体行业迎来了新的技术加持！】现在，晶体管组件设计中的重大突破——构成计算机芯片基石的微型电气开关——可以在不牺牲速度、尺寸或性能的情况下大幅降低其能耗。
一项新的研究表明，由一叠层氧化铵和氧化锆组成的工程晶体可以将控制晶体管所需的电压降低约30% ，从而降低计算机消耗的能量。
工程晶体用于被称为栅氧化物的晶体管组件——一层薄薄的材料，将施加的电压转换为电荷，然后打开或关闭晶体管。这种效率的提高是通过一种称为负电容的效果实现的，这种效应有助于减少在材料中存储电荷所需的电压。
美国加州大学伯克利分校台积电工程和计算机科学高级作家Sayeef Salahuddin表示：“已经能够表明，他们的栅极氧化技术优于商用晶体管” 。 “万亿美元的半导体行业现在迎来了新的生机” 。
最先进的笔记本电脑和智能手机包含数百亿个微小的硅晶体管，虽然负电容可以减少控制它们所需的电压，但这种效果无法在任何材料中实现。
产生负电容需要仔细操作称为铁电的材料属性，当材料表现出自发电场时，就会发生这种情况。以前，这种效果仅在称为钙钛矿的铁电材料中实现，其晶体结构与硅不兼容，因此不能与当前的硅晶体管一起使用。
现在，研究人员已经表明，通过将氧化铵和氧化锆结合在称为超晶格的工程晶体结构中，也可以实现负电容。由三层原子层氧化锆组成，夹在两层原子层氧化铵之间，产生的晶体厚度不到两纳米。
为了测试这种结构作为栅极氧化物的表现，研究人员制造了晶体管并测试了它们的能力，发现它们需要降低约30%的电压（同时保持半导体行业基准），并且与现有晶体管一样可靠。
由于大多数最先进的硅晶体管已经在二氧化硅之上使用由氧化铵组成的2纳米栅氧化物，并且由于氧化锆也用于硅技术，这些超晶格结构可以很容易地集成到先进的晶体管中。
“在此类研究中经常看到的问题之一是，可以演示材料中的各种现象，但这些材料与先进的计算材料不兼容，因此他们无法为真正的技术带来好处” 。 “这项工作将负电容从学术主题转换为实际上可用于高级晶体管的应用” 。
根据Salahuddin的说法，过去十年中用于计算的能源呈指数级增长， “已经占世界能源生产的个位数百分比” 。
但这种新材料可以帮助减少基本计算组成部分的能源需求，降低整个系统所需的总能源。该研究发表在《自然》杂志上。
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