单电子组件发展趋势

随着CMOS组件关键尺寸的微缩，一些非理想性的因素也随之出现，例如高密度所造成的高功率消耗、短信道所造成的高电场及薄氧化层所造成的漏电流等。为克服持续微缩所面临的难题，研究人员提出在奈米尺度下，运用其特别的量子效应所发展的新式组件，其中单电子晶体管(Single Electron Transistor；SET)就在这个情况下开始发展。

单电子晶体管主要是利用库伦阻断(Coulomb Blockade)及穿隧(Tunneling)等量子效应来操作，与现有传统的CMOS组件相较之下具有许多优秀的特性，被欧洲的信息协会科技 (Information Society Technologies；IST)选为新兴的奈米组件之一而可见其重要性。另外，State University of New York的K. K. Likharev自1988年建立理论基础以来投入单电子晶体管研究的人力日渐增多，所以其应用潜力也日渐增加。

虽然单电子组件其技术成长缓慢，生命周期尚属于萌芽期阶段，但其未来应用潜力高，先进厂商、研究机构及学术界纷纷投入研发工作。单电子组件未来的应用，可能用于内存、量子逻辑及传感器等。

1. 内存

最具实用性的应用是将库伦阻断及穿隧效应运用于内存方面，利用库伦阻断的低漏电及穿隧的低电压(Low Voltage)与高可靠度(High Reliability)可以改良现有DRAM与Flash的性能，例如Hitachi、IBM、Toshiba及Micron等都在从事这方面的研究。 Hitachi是集中在DRAM的研究，而IBM则朝向Flash方面；其中Hitachi甚至已做出128MB DRAM的原型(Prototype)，此DRAM的持续记忆力为一般DRAM的100倍，虽然仍有些问题待解决，但是这已经可以看出单电子晶体管有很大的应用层面。

2. 量子逻辑

相较于传统逻辑电路与内存的应用，量子逻辑算是比较新的研究，它是直接利用库伦阻断及穿隧效应，因此在概念与电路设计上和一般CMOS的电路有很大的不同。

目前较受瞩目的有Notre Dame大学发展的量子胞自动开关(Quantum Cellular Automata；QCA)与Delft大学正在研究的细胞神经网络(Cellular Neural Network；CNN)，这两个电路最主要的特色就是设计时不用内连接(Inter-Connection)，一个单位细胞(Unit Cell)只和相邻的单位细胞连接，免除了CMOS因内连接所产生的延迟。

3. 传感器

除了上面的应用之外，由于单电子晶体管可以计算单位时间内所通过的电子数，所以也可以用来制定电流与电容标准，美国国家标准局(NIST)也有从事这方面的研究。另外，单电子晶体管的高灵敏度也很适合做传感器使用，例如低电流量测仪器。

(转自 中国半导体行业网)