最新黑科技：加州大學不用半導體將電路導電率提升 10 倍

眾所周知，半導體材料能夠在一定的電氣條件下實現導通和絕緣狀態的靈活轉換。憑藉這項獨有的“技能”，以半導體二極體為基礎單元的大型積體電路、超大型積體電路在近代成為了推動人類文明不斷向前發展的源動力。

然而事無絕對，半導體材料在具備諸多優點的同時，也有一些缺陷。其中最關鍵的一點就是：由於半導體與生俱來的絕緣屬性，在其內部存在的“能帶隙”（Band Gap ）本身會在一定程度上阻礙電子的定向運動。同時，電子在運動時無法避免的會與材料中的原子發生碰撞，這也會損失相當一部分的導電性。

基於這一點，近日來自美國加州大學的科學家們從 1906 年發明的真空二極體中汲取靈感，發明了一種讓電子在真空/空氣中定向運動的技術，未來或對半導體行業產生顛覆性的影響。

要實現電子在真空/空氣中的自由運動，首先就要把電子從原材料中釋放出來。傳統情況下，要將電子從材料中釋放出來，需要施加至少 100V 以上的高壓電，或者在攝氏 500 度以上高溫條件下利用化學反應催化，將電子強行從材料中“拽”

出來，不但過程難以控制，而且費時費力。

美國加州大學的科學家們另闢蹊徑，利用金屬納米管材料（這裡使用的是黃金）製成了一種諧振表面，這種材料的微結構如下圖所示。

每一個形似小蘑菇的微單元都由三層材料組成，最下層的是矽基板，第二層是二氧化矽隔離層，再往上是金屬納米管。之所以特意排列成這種特殊的形狀（蘑菇型，還一排一排的），目的就是避免大功率的消耗或者高溫高壓，只需要在 10V 以下的低壓直流條件下，向諧振表面照射一定頻率的低功率紅外鐳射，就能觸發金屬諧振，輕易地將電子釋放出來。

待電子被釋放到真空/空氣中之後，在圖中 Flat port 和 Suspended port 極板之間施以大小不同的電壓（或者利用磁場的電磁感應原理），就能操控電子在真空/空氣中產生定向移動。

測試結果表明，這種結構使得電路中的導電率提升了 10 倍，加州大學的科學家表示：“這足以實現開關狀態，即作為光學電閘替代一部分傳統的半導體二極體。”

當然，目前這一研究尚處初級階段，距離真正的實用化和商業化還為時尚早。但這種利用諧振來激發電子，並控制其在真空/空氣中運動來減小阻力的方式，無疑為半導體行業未來的發展提供了一個非常具有價值的研究方向。

這裡是原始論文的連結：

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