美国研制晶体管方面的其他新成果
（一）开发新型二极管和真空晶体管
1．把半导体材料拉成纤维状二极管
2011年5月，麻省理工学院专家约尔·芬克领导，博士后尼古拉斯·奥夫等人参与的研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表研究成果称，他们成功制造出一种具有二极管功能的精细纤维，并提供了一种把普通自旋半导体材料，拉成纤维的工艺技术，有望给未来的高精电子设备和光子设备开辟一条制造新途径。
目前，在宽带通讯领域，大部分光纤用纤维拉丝技术来生产，但这些技术会受到材料的限制，只有在合适温度下才能将所用材料拉成丝。而新研究展示了在拉丝过程中，把新材料合成复合纤维的方法，包括那些熔点高的普通纤维。
研究人员解释说，在拉丝之前需要准备一种粗加工的预成品，比如一个较大的玻璃棒，类似于所生产纤维的特大号模型。把该预成品加热，让它变得像太妃糖一样柔软黏稠，然后拉成纤维。虽然材料的尺寸比预成品大大减小，但组成成分保持不变。他们所用的预成品中包含了硒、硫、锌和锡，还打算涂上一层高分子材料，拉丝过程是在260℃中完成的，而结合这些材料形成的纤维包含了硒化锌，这种化合物的熔点高达1530℃，具有非常重要的电学属性和光学属性。包含硒化锌的复合纤维能作为光子线路，就像传统电路中的电子流动，只不过把电子换成了光束。
奥夫说，以前所有关于纤维拉丝的方法，对他们所用的新材料都不起作用。只有用新方法，新材料才能拉丝成型。最后的成品纤维很简单，但却有二极管半导体设备的功能，只能单向导电。此前的二极管都无法用这种方法制造。
奥夫表示，研究还表明，也可以用以前从未考虑过的其他材料来组合拉成纤维。因为纤维材料的物理结构和在预成品中是一样的，我们最终有望利用这些纤维自身的结构，组合出更多更复杂的电路。这种纤维可以作为光线、温度或其他环境下的传感器，还能用于纺织，比如织成太阳能电池布料。
该研究起始于“一根纤维可以精细到什么程度”，这一最基本的问题。领导这项研究的约尔·芬克说，最近几十年里，人们在制造各种形式的电子设备方面取得很大进步，但在整体的功能性、纤维精度与织造技术等方面却少有进展，还在用人类早期发明的形式。该研究有望使纤维拉丝，也成为一种人工合成新材料的绝佳途径。
研究人员制造出15种各不相同的纤维二极管设备，如果进一步研究“还可能得到上百种”，最终能把它们互相连接起来形成电路。
2．研发有望突破摩尔定律限制的新式真空晶体管
2012年7月，匹兹堡大学纳米科学与工程研究所首席研究员金洪古领导的研究小组，在《自然·纳米技术》杂志上宣称，他们打算用真空替代硅电子设备作为电子传输媒介，据此研发出的新式真空管有望突破摩尔定律的藩篱，彻底改变电子学的面貌。
1947年，科技界研制出半导体晶体管，以替代笨重且低效的真空管。此后，研究人员一直在不断研制运行速度更快、效率更高的半导体，以制造出性能更优异的电子设备。摩尔定律指出，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。金洪古表示：“晶体管的尺寸限制，让科学家们很难研制出性能更好的电子设备，我们希望通过研究晶体管和它的先辈真空管来改变这一情况。”
金洪古解释道，晶体管的极限速度由“电子转移时间”（一个电子从一个设备到达另一个设备所耗费的时间）所决定。然而，在半导体设备内行进的电子通常会遇到障碍而且在固体媒介中会发生散射。金洪古说：“因此，避免这种散射或者碰撞的最好办法，可能是根本不使用媒介，让电子在真空或者纳米尺度空间内的空气内行进。”
然而，传统的真空电子设备需要高压，而且与很多应用设备都不兼容。因此，该研究小组，决定对真空电子设备的结构进行重新设计。最终，他们发现，电子被捕获进一个接口处，具有一层氧化物或者金属的半导体后，就很容易被抽进空气中，藏匿于该接口处的电子会形成一层电荷，而且该电子层内部的带电粒子之间的库伦排斥力，也会使电子很容易从硅中释放出来。他们通过施加很少量的电压，有效地从硅结构中提取出电子，随后再将电子置于空气中，使它们能在纳米尺度的通道内行进，而不会遇到任何的碰撞或者发生散射。
金洪古表示，据此，我们能研制出一类新的低能耗、高速度的真空晶体管，而且它也能同目前的硅电子设备兼容，另外还可以通过增加新功能来完善现有电子设备的功能。
（二）开发节能省耗型高效晶体管
1．借用量子隧穿效应研发能效更高的隧穿晶体管
2012年3月，有关媒体报道，美国圣母大学的电子工程学教授阿兰·肖宝夫，与宾夕法尼亚州立大学电子工程系教授苏曼·达塔等人组成的一个研究小组表示，他们借用量子隧穿效应，研制出了性能可与目前的晶体管相媲美的隧穿场效应晶体管。最新技术有望解决目前芯片上晶体管生热过多的问题，在一块芯片上集成更多晶体管，从而提高电子设备的计算能力。
晶体管是电子设备的基本组成元件，在过去40年间，研究人员主要通过把更多晶体管，集成到一块芯片上，来提高电子设备的计算能力，但目前这条道路似乎已快走到尽头。业界认为，半导体工业，正在快速接近晶体管小型化的物理极限。现代晶体管的主要问题，是产生过多的热量。
最新研究表明，他们研制出的隧穿场效应晶体管性能，可与目前的晶体管相媲美，而且能效也较以往有所提高，有望解决上述过热问题。
研究人员利用电子能“隧穿”过固体，研制出了这种隧穿场效应晶体管。“隧穿”在人类层面犹如魔术，但在量子层面，它却是一种非常常见的行为。
肖宝夫解释道：“现今的晶体管就像一个拥有移动门的大坝，水流动的速度也就是电流的强度取决于门的高度。隧穿场效应晶体管让我们拥有一类新的门，电流能够流过而非翻过这道门，另外，我们也对门的厚度进行调整，以便能打开和关闭电流。”
达塔表示：“最新技术进展的关键在于，我们将用来建造半导体的材料，正确地组合在一起。”
肖宝夫补充道，电子隧穿设备商业化的历史很长，量子力学隧穿的原理，也已被用于数据存储设备中，借用最新技术，未来，一个USB闪存设备，或许能拥有数十亿个隧穿场效应晶体管设备。
研究人员强调说，隧穿场效应晶体管的另一个好处是，使用它们取代目前的晶体管技术，并不需要对半导体工业进行很大的变革，现有的很多电路设计和电路制造基础设施，都可以继续使用。
尽管隧穿场效应晶体管的能效与现有晶体管相比稍逊色，但是，该研究小组以往发表的论文中已经表明，隧穿场效应晶体管在驱动电流方面，已经取得创纪录的进步，未来有望获得更大的进展。
达塔说：“如果我们在能效上取得更大成功，将是低能耗集成电路上的重大突破，这反过来会加大我们研制出能自我供能设备的可能性，自我供能设备同能量捕获设备结合在一起，有望使我们研制出更高效的健康检测设备、环境智能设备以及可移植医疗设备。”
2．用低温电子技术开发全新的节能晶体管
2014年9月，美国德克萨斯大学阿灵顿分校，材料科学与工程系副教授高成金领导的研究小组，在《自然·通讯》上发表研究报告称，他们找到一种不借助外部降温设备，并能在室温下将电子温度降至-228℃的方法，目前他们正在尝试利用这项技术制造全新的节能晶体管。
研究人员表示，传统的电子冷却技术，需要将装置浸入极低温的冷却池中，十分不便。因此，这项无需外部冷却装置的新技术，前景将十分广阔。借助这种技术，可以使电子设备在使用很少能量的情况下正常工作。
高成金表示：“我们率先实现了室温下的低温电子技术，这项技术将实现极大的效益。电子的物理性质，使其本身即使在室温下也很容易被激发，但如果电子的激发态能够被抑制，那么电子的温度，就能在没有外部设备的情况下被很好地控制。例如，可以不再使用麻烦的液氦和液氮来给电子降温。”
该研究小组构建了一种纳米结构，此结构按照源极、量子阱、隧道势垒、量子点、另一个隧道势垒和一个漏极的顺序排列组成，通过抑制电子激发态的方式为电子降温。该小组表示正在尝试利用这项技术制造全新的节能晶体管。
资助这项研究的美国国家科学基金会主管乌沙·瓦施利表示，这项成果将带来巨大的综合效益。他说：“使用这项技术的晶体管，其能耗可能只有现在晶体管的1/10。未来常用的智能手机、平板电脑等个人电子设备，将会有更长的续航能力。”
除了潜在的商业价值外，这项技术可应用于军事领域，为军用设备电池大幅减重，减少士兵负重，从而提高士兵的作战能力。还可应用于遥感设备、远程操作的无人机，以及高功率计算设备。
3．开发出耗能少效率高的柔性硅基晶体管
2016年4月20日，美国威斯康星大学麦迪逊分校，电子和计算机以及工程学教授马振强、电子专家金正勋领导的研究团队，在《科学报告》杂志上撰文称，他们使用一种独特方法，研制出处理速度最快的柔性硅基晶体管，能无线传输数据和能量，有望用在包括可穿戴电子设备和传感器等在内的诸多领域。
目前，这一柔性硅晶体管的截止频率为创纪录的38吉赫兹(GHz)，而模拟表明，其最高截止频率甚至能高达110吉赫兹(GHz)。在计算机领域，截止频率越高，晶体管的处理速度越快。
研究人员表示，他们运用低温处理手段，借助简单且成本低廉的纳米压印技术，在以聚对苯二甲酸乙二醇酯为基座的柔性单硅晶体管上，画出了电路。
在传统的选择掺杂方法中，一般会将杂质引入材料内的精确位置，从而增强其导电性，但有时候，掺杂剂会混进材料内不属于它的区域，导致短沟道效应。但在新成果中，研究人员另辟蹊径：用一个掺杂剂将单晶硅覆盖，而不是选择掺杂。
他们给晶体管添加了一层光敏材料，利用电子束平印术，在其上制造出可重复使用的纳米图案模型；接着根据模型内的图案，用干法刻蚀工艺，在硅上切割出了精确的纳米沟槽，并在沟槽上添加了能作为开关的宽电闸。
由于该高性能晶体管拥有独特的三维电流模式，因此耗能更少且效率更高。而且，与传统制造过程相比，新方法能划分出更狭窄的沟槽，也将有助于让更多晶体管簇拥在单个电子设备上。
马振强指出，最新方法很容易升级，用于高效能、低成本的卷对卷制程中，能使半导体制造商们以更低成本，制造出拥有无线上网功能的高性能晶体管。
