在科技领域，很多突破都与“多”和“大”有关，但是在集成电路领域，有一个部件正在不断地往“小”的方向发展，那就是晶体管的栅极尺寸。
如果将中央处理器称[文]为一台计算机的心脏[章]，那么芯片就是这具[来]身体的灵魂，几乎决[自]定了计算机的全部系[知]统性能。晶体管则更[嘛]是芯片的核心元器件[答]，其更小的栅极尺寸[案]，意味着芯片上可以[网]集成更多的晶体管，[文]并带来性能飞跃性的[章]提升。
近日，清华大学集成[来]电路学院任天令教授[自]团队在国际学术期刊[知]《自然》上在线发表[嘛]题为《具有亚1纳米[答]栅极长度的垂直硫化[案]钼晶体管》的论文，[网]在小尺寸晶体管研究[文]方面取得重要进展，[章]首次实现了具有亚1[来]纳米栅极长度且具有[自]良好的电学性能的晶[知]体管。
在过去10多年间，[嘛]任天令团队长期致力[答]于二维材料器件技术[案]研究，从材料、器件[网]结构、工艺、系统集[文]成等多层次实现创新[章]突破。
集成电路领域有一个[来]著名定律叫“摩尔定[自]律”。戈登・摩尔曾[知]经在1965年提出[嘛]，集成电路芯片上可[答]容纳的晶体管数目，[案]每隔18-24个月[网]便会增加一倍，微处[文]理器的性能提高一倍[章]，或价格下降一半。[来]
过去几十年晶体管的[自]栅极尺寸在摩尔定律[知]的推动下不断微缩，[嘛]然而近年来，随着晶[答]体管的物理尺寸进入[案]纳米尺度，电子迁移[网]率降低、漏电流增大[文]、静态功耗增大等问[章]题层出不穷，使得新[来]结构和新材料的开发[自]迫在眉睫。
“目前主流工业界晶[知]体管的栅极尺寸在1[嘛]2纳米以上，例如我[答]们常用的手机。但如[案]果晶体管关键尺寸可[网]以进一步微缩，我们[文]的电子产品就可以更[章]便于携带，功能更丰[来]富。”任天令说。
学术界在极短栅长晶[自]体管方面作出了探索[知]，然而目前国际上研[嘛]究团队的极限也仅能[答]实现栅长为1纳米的[案]平面硫化钼晶体管。[网]“晶体管是学术界和[文]产业界生产芯片最基[章]本的出发点，如果能[来]把这个最小的基本单[自]元做好的话，毫无疑[知]问能给一系列外延功[嘛]能提供更好的支持。[答]”任天令告诉中青报[案]・中青网记者，进一[网]步突破1纳米以下栅[文]长晶体管的瓶颈，成[章]了团队下决心要解决[来]的重点问题。
其实早在2018年[自]，任天令团队就提出[知]了一个想法，希望用[嘛]少层或者单层石墨烯[答]的边缘作为晶体管栅[案]极来实现新型的晶体[网]管。在实验前期，由[文]于石墨烯二维材料特[章]殊的物理性质，团队[来]需要在整体器件工艺[自]上进一步优化，以尽[知]量在实验室条件下减[嘛]少工艺流程，增加其[答]可靠性。
然而这个鲜有科研团[案]队涉足的领域，由于[网]缺乏先前实验参照及[文]预期中的不可知性，[章]团队遇到了一道道难[来]关，哪怕是其中一个[自]看似简单的制造工艺[知]，都需要团队长时间[嘛]的反复打磨。
“其实我们走了非常[答]多弯路，经历过大大[案]小小的失败，实验到[网]凌晨对团队成员而言[文]也是家常便饭。”任[章]天令说。
回忆起这段跌跌撞撞[来]的摸索经历，任天令[自]反复提起两个词，“[知]持之以恒”和“团队[嘛]协作”。
在团队成员夜以继日[答]的努力下，他们巧妙[案]利用石墨烯薄膜超薄[网]的单原子层厚度和优[文]异的导电性能作为栅[章]极，通过石墨烯侧向[来]电场来控制垂直的M[自]oS2沟道的开关，[知]终于实现最小等效物[嘛]理栅长为0.34纳[答]米。团队成功推动了[案]摩尔定律进一步发展[网]到亚1纳米级别，同[文]时为二维薄膜在未来[章]集成电路的应用提供[来]了参考依据。
在这一技术突破的背[自]后，是一支由青年学[知]术人员组成的团队，[嘛]加之学术“大咖”的[答]支持，团队最终推动[案]了微处理器领域跨越[网]性的进步。任天令甚[文]至开玩笑地说，“我[章]在这里面（岁数）是[来]最大的，除了我之外[自]都是年轻人。”
“在摸索过程中，我[知]们所有成员一直坚信[嘛]方向的正确性，不断[答]在小组内讨论、修改[案]、完善，才终于走通[网]了大规模器件的制备[文]。”团队成员吴凡说[章]。
在任天令眼中，这支[来]由年轻人所组成的团[自]队，拥有着科研探索[知]中最难能可贵的一样[嘛]品质――干劲。
“前一个晚上才熬了[答]一个通宵，第二天又[案]起来接着工作。”团[网]队成员沈阳便是其中[文]一个，不同于刚进组[章]面对科研时的迷茫，[来]经过一段时间与团队[自]伙伴们的共同摸索，[知]再加之团队老师的指[嘛]导，他逐渐体会到科[答]研的意义和乐趣。
实验室中一次又一次[案]的数据推演、实验、[网]修改，见证了团队一[文]步一步迎难而上的努[章]力，几年来的心血终[来]归得到了回报，团队[自]中的每一位成员都受[知]到了极大的鼓舞。提[嘛]起这些，团队成员苟[答]广洋的言语里总是溢[案]满了欣喜，“团队每[网]个人都发挥出自己的[文]优势，针对工艺和仿[章]真过程中的问题提出[来]了解决思路和方案，[自]经过几年坚持不懈的[知]努力，终于实现了目[嘛]标。”
据了解，清华大学于[答]2021年4月成立[案]集成电路学院，旨在[网]为实现集成电路学科[文]国际领跑及我国集成[章]电路事业的自主创新[来]发展，提供可靠人才[自]支持。
对于未来，任天令表[知]示，团队会针对最新[嘛]的技术及社会需求，[答]进一步向前推进材料[案]、技术支持，使1纳[网]米以下栅长晶体管能[文]够从实验室走向产业[章]化。他说，“希望团[来]队能够进一步推动新[自]路径的形成，我们将[知]来不只是在技术或研[嘛]究方面，还要在产业[答]方面运用这样的路径[案]，带领我们走向国际[网]领先位置。”
中青报・中青网记者 叶雨婷 实习生 龚昕冉 来源：中国青年报
