几十年来，一种材料一直主导着计算机芯片和晶体管的生产，以致世界科技之都硅谷(Silicon Valley)得名。但是硅的统治可能不会永远持续下去。麻省理工学院的研究人员发现，一种名为InGaAs(砷化铟镓)的合金可能具有制造更小，更节能的晶体管的潜力。以前，研究人员认为InGaAs晶体管的性能会在小范围内下降。但是新的研究表明，这种明显的变质不是材料本身的固有特性。

这一发现有一天可以帮助推动计算能力和效率超越硅所能提供的。该研究的主要作者蔡晓伟说：“我们真的很兴奋。” “我们希望这一结果将鼓励社区继续探索使用InGaAs作为晶体管的通道材料。”

蔡先生现任ADI公司研究员，完成了该研究。麻省理工学院微系统技术实验室和电气工程与计算机科学系(EECS)的学生，唐纳(Donner)教授Jesúsdel Alamo。她的合著者包括马德里理工大学的JesúsGrajal，以及麻省理工学院的Alon Vardi和del Alamo。该论文将在本月的虚拟IEEE国际电子设备会议上发表。

晶体管是计算机的基础。它们作为开关的作用(停止电流或让电流流动)引起了惊人的一系列计算-从模拟全球气候到在Youtube上播放猫视频。一台笔记本电脑可能包含数十亿个晶体管。为了像几十年来一样在未来提高计算能力，电气工程师将不得不开发更小，更紧凑的晶体管。迄今为止，硅已成为晶体管的首选半导体材料。但是InGaAs已显示出成为潜在竞争对手的暗示。

即使在低电压下，电子也可以轻松穿过InGaAs。蔡说，这种材料“已知具有出色的[电子]传输性能”。InGaAs晶体管可以快速处理信号，从而可能加快计算速度。另外，InGaAs晶体管可以在相对较低的电压下运行，这意味着它们可以提高计算机的能源效率。因此，InGaAs似乎是用于计算机晶体管的有前途的材料。但是有一个陷阱。

InGaAs的良好电子传输性能似乎在小范围内变坏，这是构建更快，更密集的计算机处理器所需的比例。这个问题使一些研究人员得出结论，认为纳米InGaAs晶体管根本不适合该任务。蔡说，“但是我们发现这是一个误解。”

该团队发现InGaAs的小规模性能问题部分归因于氧化物陷阱。这种现象会导致电子在试图流过晶体管时被卡住。蔡说：“晶体管应该用作开关。您希望能够接通电压并产生大量电流。” “但是，如果您捕获了电子，则发生的事情是打开电压，但通道中只有非常有限的电流。因此，当氧化物被捕获时，开关能力会大大降低。”

蔡的团队通过研究晶体管的频率依赖性(即电脉冲通过晶体管的传输速率)，将氧化物陷阱定为罪魁祸首。在低频下，纳米级InGaAs晶体管的性能似乎下降了。但是在1 GHz或更高的频率下，它们工作得很好-氧化物捕获不再是障碍。她说：“当我们以很高的频率操作这些设备时，我们注意到性能确实很好。” “它们在硅技术上具有竞争力。”

蔡希望她的团队的发现将为研究人员提供新的理由来研究基于InGaAs的计算机晶体管。她说，这项工作表明“要解决的问题实际上并不是InGaAs晶体管本身。这是氧化物捕获问题”。“我们认为这是一个可以解决或解决的问题。” 她补充说，InGaAs在经典和量子计算应用中都显示出了希望。

“这个[研究]领域仍然非常非常令人兴奋，” del Alamo说。“我们在将晶体管推向极限性能方面蒸蒸日上。” 有一天，这种极端的性能可能要归功于InGaAs。

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