電晶體，100周年

電晶體是現代科技的核心，而矽器件的不斷進步使得電晶體成為可能。但未來電晶體將如何進一步發展，目前尚不清楚。

1925年10月，移民到美國的奧匈帝國人尤利烏斯·埃德加·利利菲爾德（Julius Edgar Lilienfeld）申請了“控制電流的方法和裝置”的專利（圖1）。他從未將這一概念（利用一個端子上的電場來改變另外兩個端子之間的電流，因此是一種場效應電晶體）發展成可工作的原型，而當時的半導體技術可能不足以做到這一點。但1947年12月，威廉·肖克利（William Shockley）、約翰·巴丁（John Bardeen）和沃爾特·布拉頓（Walter Brattain）在貝爾實驗室發明了一個可工作的電晶體（儘管是點接觸電晶體）。

當時，很難想像電晶體在利利恩菲爾德專利獲得後的100年裡會產生如此深遠的影響。

首先，當前人工智慧領域的革命正是矽基互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 技術進步的直接結果，這項技術使得電晶體變得更小、更便宜、更強大。事實上，電晶體是人類歷史上製造數量最多的“物品”之一：據估計，到2018年，人類已經製造了約130億億（1021）個電晶體，而且自那時起，製造的數量很可能還會更多。

不出所料，電晶體技術的發展在《自然電子學》所涵蓋的研究中佔據了相當大的比重，並且仍在持續進步。在半導體行業的引領下，新材料（例如高k電介質）和非平面架構（例如鰭式電晶體和環柵電晶體，它們可以實現更高的驅動電流，從而更好地控制單位通道面積的靜電）以及新的加工和設計技術得到了探索。此外，進一步的改進——例如在封裝和三維繫統方面的改進——似乎也有望實現。

然而，隨著矽基本物理極限的逼近，在縮小傳統電晶體尺寸方面所能取得的明顯進步越來越少。這促使學術界的研究人員開始尋找替代半導體，其中包括二維過渡金屬二硫屬化物和一維碳奈米管。而且，此類系統的功能也在持續快速發展。例如，僅在今年，《自然電子學》就報導了接觸柵極間距小於 60 奈米的二硫化鉬 (MoS2) 電晶體、用於二維器件整合的新型轉移技術，以及用於製造范德華異質結構電晶體的二維電介質。在本期中，還有一篇關於在氧化鋯 (ZrO2)——一種與工業相容的高k電介質——和二維二硫化鉬之間形成清潔范德華介面的報導。

很難預測未來十年，甚至更遑論未來一百年，電晶體技術究竟會是什麼樣子。而新的平台——例如基於憶阻器或量子位元的平台——或許會在某個時候取代該技術在某些任務上的應用。儘管如此，電晶體似乎仍將在相當長的一段時間內保持主導地位。 (半導體材料與工藝裝置)