隧道场效应使计算机更节能

新概念

       瑞士科学家表示，到2017年，利用量子隧道效应研制出的隧道场效应晶体管有望将计算机和手机的能耗减少到目前的百分之一。瑞士洛桑理工大学的科学家阿德里安·约内斯库在为英国《自然》杂志撰写的一篇文章中提出了上述看法，该文章是《自然》杂志有关硅的特别报道的一部分。

约内斯库指出，目前，瑞士洛桑理工大学、IBM位于瑞士的实验室以及法国原子能委员会下属的电子信息技术研究所等机构的科学家都在进行与隧道场效应晶体管有关的研究。

现在的计算机包含有无数个晶体管，仅仅CPU内就有不下10亿个晶体管，这些小的晶体管通过打开和关闭来提供用0和1表示的二进制指令，从而让我们能够发送邮件、观看视频、移动鼠标等。现在的晶体管使用的技术名叫“场效应”——通过该效应，电压诱导一个电子隧道来激活晶体管，但是，场效应技术正在慢慢达到其极限，尤其在降低能耗方面已经没有什么施展的空间了。

不过，隧道场效应晶体管技术则基于迥然不同的原理。在隧道场效应晶体管中，两个小槽被一个能量势垒分开。在第一个小槽中，一大群电子在静静等待着，晶体管没有被激活，当施加电压时，电子就会通过能量势垒并且移入第二个小槽内，同时激活晶体管。

根据量子理论，有些电子纵使明显缺乏足够的能量来穿过能量势垒，它们也能做到这一点，这就是量子隧道效应。通过减少能量势垒的幅度，增强并利用量子效应将成为可能，因此，电子穿过势垒所需要的能量会大大减少，晶体管的能耗也会因此而显著下降。

约内斯库解释道：“通过用隧道效应取代传统场效应晶体管利用的场效应，我们能将施加于晶体管的电压从1伏特减少到0.2伏特。从实用角度来考虑，电压减少可将能耗减少到以前的百分之一。新一代微处理芯片将整合传统的场效应技术和隧道场效应晶体管技术。IBM公司和法国电子信息技术研究所研制出的模型现已进入工业化生产阶段的前期，我们有理由相信，到2017年，隧道场效应晶体管将进入大规模制造阶段。”

约内斯库认为，隧道场效应晶体管技术无疑是微处理器领域下一个巨大的技术进步。他说：“我们正在进行的一个研究项目是找到减少处理器能耗的办法，隧道场效应晶体管有望帮助我们实现这个目标。最终我们要设计出超级小型化的零能耗的个人电子助手。”