计算机可能会变得越来越小@@、功能越来越强@@，但它们需要大量的@@能源来运行@@。在@@过去十年时间中@@，美国用于计算的@@能源总量急剧上升并迅速接近其他主要部门如交通部门@@。
于当地时间@@4月@@6日在@@线发表在@@@@《自然@@》上的@@一项研究中@@，加州大学伯克利分校的@@工程师们描述了在@@晶体管@@@@--构成计算机构件的@@微小电子@@开关@@--的@@设计中的@@一项重大突破@@，它可以在@@不牺牲速度@@、尺寸或@@性能的@@情况下大大降低其能源消耗@@。该@@188足彩外围@@app
被称为闸极氧化层@@，其在@@晶体管@@的@@开关中起着关键作用@@。
“我们已经能够证明@@，我们的@@闸极氧化层技术@@比市面上的@@晶体管@@更好@@，”这项研究的@@论文高级作者@@、加州大学伯克利分校台积电电气工程和计算机科学特聘教授@@Sayeef Salahuddin说道@@，“今天价值数万亿美元的@@半导体行业所能做到的@@@@--我们基本上可以击败他们@@。
据悉@@，这种效率的@@提高@@是通过一种叫做负电容的@@效应实现的@@@@，它有助于减少在@@材料中储存电荷所需的@@电压@@。Salahuddin在@@2008年从理论上预测了负电容的@@存在@@@@，另外还在@@@@2011年首次在@@一个铁电晶体中展示了这种效应@@。
这项新研究显示了如何在@@一种由氧化铪和氧化锆的@@分层堆叠组成的@@工程晶体中实现负电容@@，这种晶体非常容易跟先进的@@硅晶体兼容@@。通过将这种材料纳入模型晶体管@@@@，该@@研究展示了负电容效应如何能大大降低控制晶体管@@所需的@@电压量并因此降低计算机所消耗的@@能源量@@。
Salahuddin表示@@：“在@@过去的@@@@10年里@@，用于计算的@@能源成倍增长已经占到世界能源生产的@@个位数百分比@@，而这一增长只是线性的@@@@，没有尽头@@。通常情况下@@，当我们使用电脑和手机时@@，我们不会想到我们正在@@使用多少能源@@。但这是一个巨大的@@数量@@，而且它只会上升@@。我们的@@目标是减少计算的@@这一基本构件的@@能源需求@@，因为这将降低整个系统的@@能源需求@@。”
将负电容带入现实技术@@@@
最先进的@@笔记本电脑和智能手机包含数以百亿计的@@微小硅晶体管@@@@，而每个晶体管@@都必须通过施加电压来控制@@。栅极氧化物是一层薄薄的@@材料@@，进而将施加的@@电压转化为电荷@@，然后开关晶体管@@@@。
负电容可以通过减少实现特定电荷所需的@@电压量来提高@@栅极氧化物的@@性能@@。但这种效果不能在@@任何材料中实现@@。创造负电容需要仔细操纵一种叫做铁电性的@@材料特性@@，当一种材料表现出自发的@@电场时就会出现这种情况@@。以前@@，这种效果只在@@被称为过氧化物的@@铁电材料中实现@@，而过氧化物的@@晶体结构跟硅不兼容@@。
在@@这项研究中@@，研究小组表明@@，通过将氧化铪和氧化锆结合在@@一个被称为超晶格的@@工程晶体结构中也可以实现负电容@@，并且还能让铁电性和反铁电性同时存在@@@@。
研究论文的@@共同第一作者@@、加州大学伯克利分校的@@博士后研究员@@Suraj Cheema表示@@：“我们发现这种组合实际上@@给我们带来了更好的@@负电容效应@@，这表明这种负电容现象比原来想象的@@要广泛得多@@。负电容不仅仅发生在@@铁电体跟电介质的@@传统画面中@@，这也是过去十年来研究的@@内容@@。实际上@@，你可以通过设计这些晶体结构来利用反铁电性和铁电性@@，从而使其效果更强@@。”
研究人员发现@@，由三个氧化锆原子层夹在@@两个氧化铪单原子层之间组成的@@超晶格结构总厚度不到两纳米@@，这提供了最佳的@@负电容效应@@。由于大多数最先进的@@硅晶体管@@已经使用了由二氧化硅上面的@@氧化铪组成的@@两纳米二氧化锆@@ ，并且由于氧化锆也被用于硅技术@@@@，这些超晶格结构可以很容易地被集成到先进的@@晶体管@@中@@。
为了测试超晶格结构作为二氧化锆的@@性能表现@@，该@@团队制作了短通道晶体管@@并测试了它们的@@能力@@。跟现有的@@晶体管@@相比@@，这些晶体管@@需要的@@电压将减少约@@30%，以此同时还能保持半导体行业的@@基准且不损失可靠性@@。
“我们在@@这种类型的@@研究中经常看到的@@一个问题是@@，我们可以证明材料中的@@各种现象@@，但这些材料跟先进的@@计算材料不兼容@@，因此我们无法将好处带到真正的@@技术@@中@@.这项工作将负电容从一个学术课题转变为可以真正用于先进晶体管@@的@@东西@@。”
文章来源@@：cnBeta.COM