中国研究人员开发出无硅晶体管技术，号称有史以来最快、最高效——以下是我们所了解的情况

全新二维芯片突破或让硅芯片永无出头之日

（图片来源：英特尔）

北京大学研发的晶体管性能或超英特尔、台积电和三星的顶级硅芯片

全栅覆盖技术提升了中国突破性晶体管设计的速度并降低了能耗

中国这项无硅晶体管创新技术或许已让其在芯片技术上超越美国

北京大学的中国研究人员宣布在晶体管设计方面取得了一项突破，如果该技术实现商业化，可能会极大地改变微处理器的发展方向。

该团队基于一种二维材料——硒氧化铋，研发出了一种无硅晶体管。

这项创新的关键在于环绕栅极场效应晶体管（GAAFET）架构，在该架构中，晶体管的栅极完全包裹住源极。而目前占据主流的传统鳍式场效应晶体管（FinFET）设计，只能实现部分栅极覆盖。这种全包裹结构增加了栅极与沟道之间的接触面积，通过减少能量泄漏和实现更好的电流控制来提升性能。

这是否意味着硅芯片时代的终结？

发表在《自然·材料》杂志上的论文表明，这种新型二维环绕栅极场效应晶体管在速度和能源效率方面可与硅晶体管相媲美，甚至可能超越它们。

研究人员声称，他们的二维晶体管比英特尔最新的 3 纳米芯片速度快 40%，同时能耗降低 10%，其性能将领先于台积电和三星目前的处理器。

传统设计中的部分栅极覆盖限制了电流控制，增加了能量损耗。而这种全新的全栅结构解决了这些问题，实现了高电压增益和超低功耗。该团队已经利用这种新设计构建了小型逻辑单元。

北京大学表示：“这是有史以来最快、最高效的晶体管。”这些说法得到了在与领先商用芯片相同条件下进行的测试的支持。

该项目的首席科学家彭海琳教授说：“如果把基于现有材料的芯片创新视为‘捷径’，那么我们研发基于二维材料的晶体管就如同‘换道超车’。”

与鳍式场效应晶体管的垂直结构不同，这种新设计类似于交错的桥梁。这种架构转变可能会克服硅技术面临的小型化限制，尤其是在行业向 3 纳米以下制程推进的情况下。这对需要此类紧凑型芯片的最快笔记本电脑也可能有益。

该团队研发了两种新型铋基材料：作为半导体的 Bi₂O₂Se 和作为栅极电介质的 Bi₂SeO₅。

这些材料具有低界面能，可减少缺陷和电子散射。

彭海琳解释道：“这使得电子几乎可以无阻力地流动，就像水在光滑的管道中流动一样。”

这些性能结果得到了密度泛函理论（DFT）计算的支持，并通过北京大学高精度制造平台进行的物理测试得到了验证。

研究人员声称，这些晶体管可以利用现有的半导体基础设施进行制造，这将简化未来的集成过程。