突破性的量子点晶体管为传统电子器件创造了一种灵活的替代方案

通过沉积金（Au）和 Indium （In） 触点，研究人员在同一基板上创建两种关键类型的量子点晶体管，为大量创新电子元件打开大门。来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室

洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员及其合作者来自加州大学欧文分校，他们利用被称为量子点的微小结构创建了基本的电子积木，并使用它们来组装功能逻辑电路。该创新承诺采用更便宜、更有利于制造的方法处理复杂的电子设备，这些电子设备可以通过简单、基于解决方案的技术在化学实验室中制造，并且为大量创新设备提供长期寻求的组件。

"基于无毒量子点的电子设备新方法的潜在应用包括可打印电路、柔性显示器、片上实验室诊断、可穿戴设备、医学测试、智能植入物和生物识别技术，"Los Alamos专门从事半导体纳米晶体的物理学家、10月19日《自然通讯》杂志在一篇论文中宣布新成果的主要作者维克多·克利莫夫（Victor Klimov）说。

数十年来，微电子学一直依赖在专门创建的洁净室环境中加工的超高纯度硅。最近，硅基微电子技术受到几种替代技术的挑战，这些技术允许通过廉价、易于获得的化学技术在洁净室外制造复杂的电子电路。在不太严格的环境中采用化学方法制造的胶体半导体纳米粒子就是这样一项新兴技术。由于其体积小，具有独特的特性，由量子力学直接控制，这些粒子被称为量子点。

胶体量子点由覆盖着有机分子的半导体核心组成。由于这种混合性质，他们结合了广为人知的传统半导体的优势和分子系统的化学多功能性。这些特性对于实现新型柔性电子电路具有吸引力，这些电路几乎可以打印到任何表面上，包括塑料、纸张，甚至人体皮肤。此功能可惠及众多领域，包括消费电子、安全、数字标牌和医疗诊断。

电子电路的一个关键元件是晶体管，它充当施加电压激活的电流开关。通常晶体管成对的n型和p型器件分别控制负电荷和正电荷的流动。这种互补晶体管是现代CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的基石，该技术支持微处理器、存储芯片、图像传感器和其他电子设备。

第一批量子点晶体管在近二十年前就被演示了。然而，在同一量子点层中集成互补的n型和p型器件仍然是一个长期的挑战。此外，这一领域的大多数工作都集中在基于铅和镉的纳米晶体上。这些元素是剧毒重金属，极大地限制了所演示设备的实际效用。

来自加州大学欧文分校的洛斯阿拉莫斯研究人员及其合作者团队已经证明，通过使用不含重金属的铜基锡化物（CuInSe2）量子点，他们能够同时解决毒性问题，同时在同一量子点层中直接集成n-和p-晶体管。作为开发方法实际效用的证明，他们创建了执行逻辑操作的功能电路。

Klimov 及其同事在新论文中介绍的创新允许他们通过应用两种不同类型的金属触点（分别采用金和钛）来定义 p 型和 n 型晶体管。他们通过将一个通用的量子点层沉积在预图案触点上，完成了这些器件。Klimov 说："这种方法允许将任意数量的互补 p 型和 n 型晶体管直接集成到通过标准自旋涂层准备的连续无图案薄膜的同一量子点层中。