上週，英特爾和IBM都宣佈，他們已經找到了一種進一步縮小電晶體尺寸的方法，電晶體是為計算機供電的微型開關。 英特爾表示，訣竅在於將金屬鉿引入混合物中——這一新增標誌著四十年來電晶體材料的首次重大變革。 基於鉿的計算機電路可能比現有的微處理器更密集、更快且功耗更低。
北卡羅來納州立大學的電氣工程師卡爾頓·奧斯本說：“這是一件非常非常重要的事件。”奧斯本是一個研究鉿和其他先進電晶體材料的研究團隊的成員。“這直接解決了半導體制造中的‘重大挑戰’之一。”
儘管這些公司尚未釋出設計細節，但奧斯本和其他專家還是能夠對它們的內部運作以及製造它們所面臨的挑戰做出一些有根據的猜測。
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英特爾的演示包括一個基於鉿的微處理器，該處理器能夠執行三種不同的計算機作業系統。 在其電晶體中，氧化鉿充當所謂的柵極電介質，這是一種絕緣層，將電晶體的電極與其用於傳導電流的矽溝道隔開。 從電極發出的電壓透過控制電子流過該溝道來接通或斷開電晶體。 關鍵是使絕緣層儘可能薄，以便更快地切換溝道並將更多電晶體封裝到晶片上。
在過去的十年中，英特爾和其他微晶片製造商越來越遇到一個根本問題：當玻璃狀二氧化矽絕緣層的寬度縮小到接近奈米時，電力將開始從該絕緣層洩漏。 因此，電晶體需要過多的功率。
為了克服這一障礙，晶片製造商必須確定如何用所謂的“高k值”材料（如鉿和鋯）取代二氧化矽。 材料作為柵極電介質的效能取決於其厚度及其k值（或介電常數），後者反映了其儲存電荷的能力。 由於鉿的k值高於二氧化矽，因此它應該能夠在防止洩漏的厚度下完成相同或更好的工作。 這一進步將使英特爾能夠將其電晶體的最小尺寸從今天的65奈米縮小到纖薄的45奈米，從而使電晶體小型化的快速步伐保持在預期軌道上。
耶魯大學電氣工程師馬佐平表示，二氧化矽的優點在於，製造商只需將矽晶圓放入裝滿氧氣的容器中即可使其生長。 生產氧化鉿電晶體將需要晶片製造商在製造過程中增加多個新步驟——部分原因是電極必須由金屬而不是矽的形式製成，以保持與鉿的相容性。 馬佐平說，最初的生產成本可能會更高，早期晶片可能包含更多缺陷，因為這些材料對熱和其他影響會更敏感。
奧斯本表示，鉿電晶體仍然需要在柵極絕緣層的底部新增一層薄薄的二氧化矽，以消散否則會積聚在那裡並干擾裝置的過量電荷。 馬佐平說他曾與英特爾和IBM的研究小組合作過，但不瞭解任何一方的設計。他補充說，二氧化矽的存在將要求晶片製造商也在氧化鉿中新增氮。 他說，如果沒有氮，絕緣體的k值只會略有提高，這將不足以滿足未來兩到三次電晶體尺寸的縮小。
馬佐平看到的唯一科學問題是在金屬電極中。 實際上，計算機電路中使用了兩種電晶體，每種電晶體都需要自己的金屬型別。 馬佐平說，一種化合物很可能是一種穩定的材料，例如氮化鈦或碳化鉭，但他不知道另一種金屬會是什麼。
然而，研究人員似乎已經控制了這一點：在英特爾釋出公告的同一天，半導體制造商研究聯盟SEMATECH宣佈，其工程師已經測試了兩種電晶體的高k值版本。