美國普渡大學和哈佛大學的研究人員推出了一項極為應景的新發明：一種外形如同一顆聖誕樹一樣的新型晶體管，其重要組件“門”（柵極）的長度縮減到了突破性的20納米。這個被稱為“4維”晶體管的新事物預告了引領半導體工業和未來計算機領域發展的潮流。該研究成果將於12月8日至12日在舊金山舉行的國際電子元器件會議上以兩篇論文的形式提交。
4維晶體管實際是采用新型材料和新結構的3維晶體管
平麵結構的矽芯片晶體管一直沿用了半個多世紀，直至去年英特爾公司研發出垂直3維結構的晶體管，才宣告邁入了3維立體時代。但矽的電子遷移率存在局限性，普渡大學電氣和計算機工程教授葉培德（音譯）表示，若想進一步改進3維晶體管，很可能需要用其他材料來取代矽，其中最有前途的包括半導體材料砷化銦镓。
新型“4維”晶體管中的3根微型納米線，正是由極具潛力、可望在10年內取代矽的砷化銦镓製成。納米線逐漸變細，形成了一個類似聖誕樹的錐形橫截麵。葉培德形象地用樓房來比喻這種新工藝。“一個平房可以容納很多人，但樓層越多，容納的人就越多，晶體管也一樣。”他說，“將晶體管堆疊起來，就能帶來通過電流更多、操作速度更快的高速運算。這種方法增加了一個全新的層麵，因此我稱之為4維。”
3D晶體管的顯微結構
晶體管通過“門”來實現開啟閉合，引導電流通過。“門”越小，意味著操作速度越快。在目前的3維矽晶體管中，“門”的長度大約為22納米（十億分之一米），這種微小尺度的“門”在傳統平麵晶體管上是無法正常工作的。工程師們還計劃研發出更小長度的“門”，但尺寸減小到不足10納米同時性能得到進一步提升，可能就需要采用矽以外的新材料了。
創建更小的晶體管也需要找到一種新型絕緣體作為介質層來使“門”關閉。據稱，當“門”的長度小於14納米時，傳統晶體管使用的介質就無法正常工作，晶體管關閉時會發生漏電。
而此次開發出的新型晶體管中的納米線塗上了與以往不同的複合絕緣材料——一層4納米厚的鋁酸鑭，再加一層0.5納米厚的氧化鋁。葉培德說，新的超薄介質讓研究人員研製的這種砷化銦镓晶體管擁有長度為20納米的“門”，這是一個裏程碑式的成果，有助於研製速度更快、更緊湊和更高效的集成電路以及更輕、產生更少熱量的筆記本電腦。
解讀1：什麽是3維晶體管
一般桌麵級處理器所使用的所有半導體晶體管集成電路都是2D的，即半導體晶體隻生在平麵內，而3D晶體管卻生長上3維中，不僅集成度提高,而且可以減少50%以上的漏電流，這樣的設計在理論上所有半導體芯片今後可以減少一半的功耗。
3-D晶體管代表著從2-D平麵晶體管結構的根本性轉變。實際上科學家們早就意識到3-D結構對延續摩爾定律的重要意義：因為麵對非常小的設備尺寸，物理定律成為晶體管技術進步的障礙。3D的架構則意味著平麵到空間的轉換，以線動成麵、麵動成空間的基本常識來說，3-D晶體管可以看做是一種晶體管架構的大幅度進化。
3維與2維晶體管的比較圖
解讀2：什麽是摩爾定律
摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。
從2010年前後開始，半導體晶體管的性能遇到物理規律瓶頸，電腦性能提高速度已經減緩，芯片廠商一直在考慮替代產品，2011年，英特爾公司開始生產3維芯片，據英特爾公司提供的數據，目前這款芯片的性能比上一代奔騰芯片提高了417%，而耗電量僅為一半。
4維晶體管的性能應該可以比這款3維晶體管芯片的性能再出現大幅度的提高。
英特爾公司技術戰略部主任保羅·加吉尼曾預言：2015年左右，部分采用了納米導線等技術的“混合型”晶體管將投入生產，5年內取代半導體晶體管。這裏所說的“混合型”晶體管實際上就是目前所研究的“四維”晶體管。
