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. 引言

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。自1965年G.E Moore预测集成电路上的晶体管数量将每18 - 24个月呈指数级翻倍，且器件尺寸按0.7的比例缩小以来，半导体行业遵循这一规律，显著提升了器件性能并降低了成本。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其三分之一，却拥有2.66 GHz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。随着器件尺寸缩小，光刻工具成本不断增加，缩放效果逐渐饱和，不再符合摩尔定律的预期。同时，CMOS器件中栅极长度的减小会导致栅极电流泄漏，产生短沟道效应（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，可能出现雪崩击穿等问题，增加了器件损坏的风险。而且，晶体管密度的增加会导致热耗散和噪声问题，影响输出的准确性。因此，研究人员开始探索新型器件、材料和几何结构，以实现高频操作。

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，新型材料的需求也日益迫切。材料科学和工程的进步使得具有高载流子浓度和迁移率的新材料得以发展，主要包括以下两类：

2.1 III - V族基材料

高速器件常采用基于III - V族材料的量子阱异质结构制造。这类材料包含InP、AlGaAs、InGaAs和GaN等化合物。高迁移率使异质结构器件能够在高达数GHz的高频下以及室温环境中工作。这些半导体结构可以由具有相近晶格常数但不同带隙的材料生长而成，不同化合物材料的组合会在通