金屬-絕緣體電子技術可望取代半導體？

超高速電子正迅速地填補著介于最高僅數(shù)百GHz的半導體，以及可高達數(shù)百THz的光學頻率之間的‘THz間隙’。眾所周知，頻率達到THz時的波長通常以毫米為單位，而由Phiar公司所發(fā)明的新型金屬-絕緣體電子技術，顯示出其頻率已高達3.8THz，可望成為填補‘THz間隙’的新技術。 

Phiar聲稱該公司在業(yè)界擁有多家技術開發(fā)合作伙伴，使其技術得以克服許多應用中的障礙，包括60GHz天線邊緣頻率轉(zhuǎn)換、平行快閃固態(tài)儲存硬盤、單芯片毫米波雷達、用于安全領域的‘X光透視’系統(tǒng)和芯片間RF互連的整合式THz檢測器數(shù)組。

“我們的技術將成為自真空管推出以來第一種可行的半導體替代技術?！盤hiar公司業(yè)務開發(fā)總監(jiān)AdamRentschler宣稱。 

近日，Phiar和摩托羅拉實驗室(MotorolaLabs)共同完成了一項以Phiar的金屬-絕緣體二極管為基礎的60GHz天線開發(fā)工作，這種天線能實現(xiàn)數(shù)Gb的無線射頻，并用以傳送多信道的未經(jīng)壓縮高解析視訊訊號。該組件符合最新的60GHz無線標準IEEE802.15TG3c。一直以來，速度能夠滿足60GHz天線要求且具有性價比的組件，只有昂貴的分離式砷化鎵二極管。但隨著Phiar公司推出不用半導體的金屬-絕緣體二極管后，摩托羅拉公司已經(jīng)成功地開發(fā)出60GHz的無線電設備和天線原型。 

“摩托羅拉在數(shù)年前就成功展示了頻率很高的數(shù)Gb傳送器和接收器，目前正對組件的尺寸、性能和總體成本進行改進。”摩托羅拉毫米波RF技術經(jīng)理RudyEmrick透露道。 

采用Phiar公司的技術后，60GHz的無線訊號可透過較不昂貴的模擬金屬-絕緣體電路而下降為2~3GHz訊號，因而在消費設備之間實現(xiàn)高解析視訊的無線傳送。Phiar技術還能實現(xiàn)低價的THz雷達和成像設備，例如能夠準確穿透衣物以辨識是否藏匿武器的機場安全系統(tǒng)。 

Phiar公司還宣稱已與一家未透露名字的‘美國主要閃存制造商’簽署了一份合約，計劃使用金屬-絕緣體技術以實現(xiàn)用于固態(tài)硬盤的平行閃存，據(jù)稱能達到NOR的速度與NAND的密度。 

除了60GHz二極管以外，Phiar公司也展示了可搭配的檢測器和AM接收器，以及60GHz混頻器、調(diào)變器和變?nèi)荻O管的概念原型、500GHz二極管與THz檢測器。該公司并預期將在今年展示THz晶體管原型。“透過將高密度NAND內(nèi)存(通常是串行設備)配置成像NOR內(nèi)存般的隨機存取裝置，金屬-絕緣體晶體管可實現(xiàn)固態(tài)硬盤，并具備實現(xiàn)隨機存取固態(tài)硬盤的潛力?！盠uxResearch公司資深分析師VaheMamikunian表示。 

淘汰半導體 

金屬-絕緣體電子技術采用第二層絕緣體和金屬，取代了金屬氧化物半導體(MOS)組件中的半導體，因而形成‘金屬-絕緣體-絕緣體-金屬’的四層堆棧架構。使得該技術順利運作的主要原因在于：兩種金屬及其絕緣體經(jīng)過仔細裁剪后，在只允許高能量穿隧效應的絕緣體間有效地形成了一個量子阱。因此，當施加于頂部金屬的電壓超過其閾值時，彈道傳送機制產(chǎn)生作用，因而加速穿隧電子通過間隙。

“我們促進了通過氧化層的量子穿隧效應，而氧化層厚度總共也才60埃(0.6nm)左右?！盤hiar公司總裁兼執(zhí)行長BobGoodman說道，“由于量子穿隧是一種傳送機制，它發(fā)生的速度比半導體領域中的任何事物都快，在我們的組件中是飛秒(10-(SUB/)15(/SUB))數(shù)量級，這將打破半導體的物理定律。” 

因此，金屬-絕緣體組件的最高頻率已達3.8THz，而半導體由于不可避免地會降低電子流動速率，因此目前CMOS半導體的最高速度只能達到60GHz，SiGe半導體也只有400GHz。 

金屬-絕緣體技術據(jù)稱在制造方面比高速芯片技術更容易，因為它采用的是與CMOS晶圓廠相同的成熟制程步驟，而且組件幾乎可以在所有基板上制造──即使是在消費性組件的塑料外殼內(nèi)面上也一樣行得通。