科学家利用新技术创建了新的高效微电子设备

美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员取得了一项突破，提出了一种新的“氧化还原门控”技术，可以控制半导体材料中电子的运动。这一技术可能为新型低功耗半导体或量子器件的开发铺平道路。他们在《先进材料》杂志上发表的一项新研究中提出了这一观点。

微电子面临着一个重要挑战，因为它们的尺寸很小。为了避免过热，微电子需要消耗传统电子设备仅有的一小部分电力，同时仍然能够达到最佳性能。该团队设计了一种装置，可以通过施加电压来调节从一种来源氧化还原物质到通道材料中的电子流动。使用电压来修改电子流动，半导体器件可以像晶体管一样工作，在更导电和绝缘状态之间切换。

据该研究的合作通讯作者之一、阿贡实验室材料科学家魏辰表示：“这种新的氧化还原门控策略使我们能够以巨大幅度调节电子流动，即使在低电压下也能提供更高的能效。”他还指出：“这也可以防止对系统的损坏。我们发现这些材料可以在几乎没有性能下降的情况下被重复循环使用。”

此外，该氧化还原门控现象还可以用于创建新的量子材料，其相位可以在低功率下被操纵。阿贡物理学家周华指出，氧化还原门控技术还可以扩展到由可持续元素组成的多功能半导体和低维量子材料。

该研究所基于的论文“Colossal Carrier Modulation and Unique Phase Control”发表在了2024年1月6日的《先进材料》期刊上。这一工作得到了美国能源部科学办公室、基本能源科学办公室和阿贡实验室的研究与发展计划的资助。