IBM发布首款专为液氮冷却设计的CMOS晶体管

IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，IBM团队首次展示了针对液氮冷却进行优化后的先进CMOS晶体管。

液体氮气的冰冻温度仅为-196°C，这是绝大多数主流电子设备难以承受的极端低温。然而，在这极度寒冷的条件下，晶体管的电阻与漏电电流显著降低，这项改进将极大提升性能并降低能耗。

IBM突破性研发的纳米片晶体管，通过将硅通道薄化切割为纳米级别的薄片，再用栅极全方位围绕，实现更为精准控电。此结构使得在指甲盖大小空间内可容纳最多达500亿个晶体管，并且经过液氮冷却处理，其性能飙升至原本的两倍之多。

低温环境赋予了两大优势：电流载子散射率降低以及能耗降低。减少后的散射显着降低了电阻，电子在装置内流动更为流畅。与此同时，降低的能耗允许器件在同样电压级别下承载更大电流。并且，液氮冷却具有提升晶体管开关敏感度的额外功效，只要较小的电压变动就可切换状态，进一步缩减了能耗。

然而，低温环境中晶体管的阈值电压有所上升，这是新型挑战。阈值电压是完成晶体管导通所需的电压，当温度降低时，此数值随之增大，使得切换过程变得艰难。为应对此难点，IBM的研究员们创新应用了全新双金属栅极和双偶极子技术。他们在n型和p型晶体管的界面巧妙加入各类金属杂质，生成偶极子，进而降低电子穿越导带边缘所需的能量，使晶体管更为高效运转。