14、纳米整流器：现状与未来展望

纳米整流器：现状与未来展望

1. 半导体技术发展与挑战

半导体技术的进步使得单芯片上能够集成数十亿个晶体管。1965 年，英特尔联合创始人 G.E Moore 预测，集成电路上的晶体管数量将每 18 到 24 个月呈指数级翻倍，同时器件尺寸按 0.7 的缩放因子缩小。半导体行业采用了这一规律，提高了固态器件的性能并降低了成本。例如，1981 年 IBM 的第一台计算机配备英特尔 8088 微处理器，速度为 4.77 MHz，内存为 16 KB，售价 1600 美元；而如今的计算机成本不到当时的三分之一，却拥有 2.66 GHz 速度的英特尔酷睿 2 双核处理器和 4 GB 内存。

然而，半导体技术的缩放也面临着诸多挑战。到 2020 年，器件尺寸预计将缩小至 10 nm，但实际上在 2002 年就已缩小到 100 nm，且缩放效果逐渐饱和。光刻工具成本在过去 60 年中呈线性增长，同时，CMOS 器件中栅极长度的减小会导致栅极电流泄漏，引发短沟道效应（SCE）。此外，当器件尺寸缩小到一定程度时，掺杂体材料的性能会发生变化，可能出现雪崩击穿，增加器件损坏的概率。晶体管密度的增加还会导致热耗散和噪声问题，影响器件的正常工作。

2. 高速材料

随着通信、医学和安全领域对高速电子元件和器件的需求不断增加，新型材料的研发变得尤为重要。目前，高速材料主要包括 III - V 族材料和石墨烯。
- III - V 族材料 ：基于 III - V 族材料的量子阱异质结构已被用于制造高速器件。这些材料如 InP、AlGaAs、InGaAs 和 GaN 具有高迁移率，使得异质结构器件能够在高达数 GHz 的频率下工作，并且可以在