单原子晶体管

From: http://spectrum.ieee.org/semiconductors/nanotechnology/a-singleatom-transistor
2012.2.27
研究者已经制作出可以工作的单磷原子晶体管，并且在这个过程中证明了Moor定律还能够继续维系下去。

Image: Purdue University

Single-Atom Transistor: A phosphorous atom [center of computer model]  sits in a channel in a silicon crystal. It acts as the smallest transistor yet and could be key to future quantum computers. Click on the image to enlarge.

由新南威尔士大学Michelle Simmons领导的团队，制作出来如此细小的晶体管。他们使用了扫描隧道显微镜（STM）和常用的平面印刷印刷技术将具有6原子晶格的Si中的一个硅原子替换成磷原子。问题的关键就是如何控制化学反应使得仅仅有一个硅原子被替换。

研 究团队还包括韩国的科技信息学院（Institute of Science and Technology Information），普渡大学和悉尼大学、墨尔本大学。当他们将电压加在磷原子上时，他们观察到了开关和电流放大的现象，确认这个单磷原子表现出晶 体管的特性。

研究者花费了大量的经历并遭受了极大的痛苦，以确保他们观察到的现象真是来自于单原子，而不是多个原子的现象。幸好扫描显微镜的电子指纹与理论预测及前期对单磷原子的光学测量结果吻合。

没有参加该研究的专家认为，该工作令人惊叹但谈论实际价值尚早。

原因一：该团队采用的STM技术的过程非常痛苦，一次只能搞定一个原子，如果要按照当前生产Si晶圆一次生产几百万的晶体管，恐怕并非易事。在较大面积你们保证原子的精确间隔，以及成本和时效都是问题。

原因二：还需要更多的对器件的模型进行研究，以证明测量电极并没有小到使得量子效应开始显现。该晶体管是在超低温的状态下实现的，而这在实际应用中并不现实，除非能提高工作温度。

如 此创新的工作是在做实验的时候偶然发现的，实际上该工作来源于1998年马里兰大学（Maryland）的物理学家Bruce Kane的预测，他提到制造固态量子计算机可以使用嵌入硅的磷原子的核自旋(nuclear spin)来实现。然后该团队就试图实现这一预测，虽然他们并没有用到原子的自旋，确在该过程中发现了晶体管的效应，Kane称这个单原子晶体管是“an experimental and engineering tour de force（杰作）”

About the AuthorSaswato R. Das, a New York City–based writer, contributes frequently to IEEE Spectrum. In January 2012 he reported on a 4-atom-wide nanowire that obeys Ohm’s Law.