新南威尔士大学悉尼分校的研究人员开发了一种微小、透明且灵活的材料，可用作晶体管中的新型电介质（绝缘体）组件。这种新材料将实现传统硅半导体电子产品无法做到的事情——在不影响其功能的情况下变得更小。

这项最近发表在《自然》杂志上的研究表明，大规模生产二维场效应晶体管（一种用于控制电子设备电流的装置）具有潜力。这种新材料可以帮助克服纳米级硅半导体生产的挑战，以实现可靠的电容（电荷存储）和高效的开关行为。

材料与制造期货研究所的研究人员设计了这种材料。图片来源：罗伯特·拉金特

据研究人员称，这是解决新一代未来电子设备开发的关键瓶颈之一，包括增强现实、柔性显示器和新型可穿戴设备，以及许多尚未发现的应用。

新南威尔士大学材料与制造部的 Sean Li 教授说：“它不仅为克服当前硅半导体行业在小型化方面的基本限制铺平了关键途径，而且由于硅的不透明和刚性，它还填补了半导体应用领域的空白。同时，弹性和纤细的特性可以实现灵活和透明的二维电子产品。”

晶体管是一种小型半导体器件，用作电子信号的开关，是集成电路的重要组成部分。所有电子产品，从手电筒到助听器再到笔记本电脑，都是通过晶体管与电阻器和电容器等其他组件的各种排列和相互作用而实现的。

随着时间的推移，晶体管变得更小、更强大，电子产品也是如此。想想你的手机——一台小巧的手持电脑，其处理能力比将第一批宇航员送上月球的电脑还要强大。

但是有一个缩放问题。开发更强大的未来电子产品将需要亚纳米厚度的晶体管——这是传统硅半导体无法达到的尺寸。

“随着微电子小型化的发生，由于信号从一个晶体管传递到下一个晶体管时的能量损失和耗散，目前使用的材料被推到了极限，”李教授说。

微电子器件的尺寸不断减小以实现更高的速度。随着这种收缩的发生，设计参数受到影响，使得当前使用的材料由于信号从一个晶体管传递到下一个晶体管时的能量损失和耗散而被推到极限。目前由硅基半导体制成的最小晶体管为 3 纳米。

“在这样的限制下，人们极大地推动了从根本上创新新材料和技术以满足全球微电子市场永不满足的需求，”李教授说。

新南威尔士大学材料与制造期货研究所的黄静凯博士、张吉博士、石俊杰博士和肖恩李教授。图片来源：罗伯特·拉金特

在这项研究中，MMFI 工程师使用独立的单晶钛酸锶 (STO) 膜作为栅极电介质制造了透明的场效应晶体管。他们发现他们的新型微型设备与当前硅半导体场效应晶体管的性能相匹配。

“这项工作的关键创新在于，我们将传统的 3D 块状材料转化为准 2D 形式，而不会降低其特性，”该论文的第一作者黄静凯博士说：“这意味着它可以像乐高积木一样与其他材料自由组装，为各种新兴和未被发现的应用创造高性能晶体管。”

目前，该技术受到两项澳大利亚临时专利申请的保护，MMFI 和新南威尔士大学希望将知识产权商业化并将其推向市场。

“我们目前正在用晶体管制造逻辑电路，”李教授说：“与此同时，我们正在与亚太地区的几个领先行业接洽，以通过该技术的产业化来吸引投资并在新南威尔士州建立半导体制造能力。”