由韩国高级科学技术研究所 新发展的形式主义和QFL分裂分析导致了表征极小尺寸半导体器件的新方法和下一代纳米电子/能量/生物器件的计算机辅助设计技术(TCAD)
信用:金永勋，KAIST 半导体公司正在努力开发尺寸仅为纳米的器件，而大部分挑战在于能够更准确地描述纳米尺度的底层物理
但是一种已经酝酿了十年的新的计算方法可以打破这些障碍
从计算机到太阳能电池，使用半导体的设备在过去的几十年里获得了巨大的效率提升
众所周知，英特尔的联合创始人之一戈登·摩尔观察到，集成电路中的晶体管数量大约每两年翻一番——这种“摩尔定律”在一段时间内是成立的
然而，近年来，随着试图制造纳米晶体管的公司在原子水平上达到小型化的极限，这种增长已经放缓
凯思特电气工程学院的研究人员开发了一种研究半导体基础物理的新方法
首席研究员金永勋教授说:“开放量子系统是我们实验室的主要研究目标，我们正在重温那些被认为是理所当然的概念，甚至出现在标准半导体物理教科书中，比如工作半导体器件中的电压降。”
“在质疑所有这些概念如何能够被理解并可能在纳米尺度上被修正时，很明显我们目前的理解有些不完整
" “随着半导体芯片被缩小到原子级别，想出一个更好的理论来描述半导体器件已经成为一项紧迫的任务
" 目前的理解是，半导体是类似导体(如铜或钢)和绝缘体(如橡胶或聚苯乙烯泡沫塑料)之间的中间房屋的材料
它们有时导电，但不总是如此
这使得它们成为有意控制电流的绝佳材料，进而有助于构建简单的开/关开关——晶体管——它们是计算机内存和逻辑器件的基础
为了“打开”半导体，应用电流或光源，激发原子中的电子从被称为“价带”的地方跳跃到“导带”，该价带被电子填充，直到最初未被填充或仅部分被电子填充的“导带”
由于外部刺激，电子跳到了导带，剩下的“空穴”现在可以四处移动，充当电荷载体来流动电流
描述导带中的电子数和价带中的空穴数以及跳跃所需能量的物理概念是用所谓的费米能级来表述的
例如，你需要知道电子和空穴的费米能级，以便知道你将从太阳能电池中获得多少能量，包括损耗
但费米能级的概念只有在半导体器件处于平衡状态时才被直接定义——即坐在架子上什么也不做——半导体器件的全部意义就是不要把它们放在架子上
大约70年前，诺贝尔奖得主、贝尔实验室晶体管的共同发明人威廉姆·肖克利提出了一个理论上的小错误，即“准费米能级”，即QFL，使得价带空穴和导带电子之间的相互作用能够得到粗略的预测和测量，这种方法到目前为止一直很有效
金教授说:“但是当你在几纳米的尺度下工作时，理论上计算或者实验上测量量子阱层分裂的方法是不可用的。”
这意味着，在这种规模下，与电压降相关的误差等问题变得更加重要
金的团队工作了近十年，致力于开发一种新的纳米尺度量子电子传输理论描述，可以取代标准方法——以及允许他们使用该方法的软件
这涉及到被称为密度泛函理论的一点数学的进一步发展，它简化了描述电子相互作用的方程，并且在其他领域非常有用，例如高通量计算材料发现
他们第一次能够计算QFL分裂，为原子尺度器件中电压降和量子电子输运之间的关系提供了新的理解
除了用他们新颖的方法研究各种有趣的非平衡量子现象之外，该团队现在还在进一步将他们的软件开发成计算机辅助设计工具，供半导体公司用于开发和制造先进的半导体器件
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
