晶体管，100周年

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来 源： 内容来自自然电子 。

晶体管是现代科技的核心，而硅器件的不断进步使得晶体管成为可能。但未来晶体管将如何进一步发展，目前尚不清楚。

1925年10月，移民到美国的奥匈帝国人尤利乌斯·埃德加·利利菲尔德（Julius Edgar Lilienfeld）申请了“控制电流的方法和装置”的专利（图1）。他从未将这一概念（利用一个端子上的电场来改变另外两个端子之间的电流，因此是一种场效应晶体管）发展成可工作的原型，而当时的半导体技术可能不足以做到这一点。但1947年12月，威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）在贝尔实验室发明了一个可工作的晶体管（尽管是点接触晶体管）。

图片说明：这张图取自美国专利“电流控制方法和装置” ，该专利于 1926 年 10 月提交，并于 1930 年 1 月获得授权；更早的一项专利于 1925 年 10 月在加拿大提交

当时，很难想象晶体管在利利恩菲尔德专利获得后的100年里会产生如此深远的影响。

首先，当前人工智能领域的革命正是硅基互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术进步的直接结果，这项技术使得晶体管变得更小、更便宜、更强大。事实上，晶体管是人类历史上制造数量最多的“物品”之一：据估计，到2018年，人类已经制造了约130亿亿（1021）个晶体管，而且自那时起，制造的数量很可能还会更多。

不出所料，晶体管技术的发展在《自然电子学》所涵盖的研究中占据了相当大的比重，并且仍在持续进步。在半导体行业的引领下，新材料（例如高k电介质）和非平面架构（例如鳍式晶体管和环栅晶体管，它们可以实现更高的驱动电流，从而更好地控制单位通道面积的静电）以及新的加工和设计技术得到了探索。此外，进一步的改进——例如在封装和三维系统方面的改进——似乎也有望实现。

然而，随着硅基本物理极限的逼近，在缩小传统晶体管尺寸方面所能取得的明显进步越来越少。这促使学术界的研究人员开始寻找替代半导体，其中包括二维过渡金属二硫属化物和一维碳纳米管。而且，此类系统的功能也在持续快速发展。例如，仅在今年，《自然电子学》就报道了接触栅极间距小于 60 纳米的二硫化钼 (MoS2) 晶体管、用于二维器件集成的新型转移技术，以及用于制造范德华异质结构晶体管的二维电介质。在本期中，还有一篇关于在氧化锆 (ZrO2)——一种与工业兼容的高k电介质——和二维二硫化钼之间形成清洁范德华界面的报道。

很难预测未来十年，甚至更遑论未来一百年，晶体管技术究竟会是什么样子。而新的平台——例如基于忆阻器或量子比特的平台——或许会在某个时候取代该技术在某些任务上的应用。尽管如此，晶体管似乎仍将在相当长的一段时间内保持主导地位。

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