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近期，美國加州大學洛杉磯分校的一組研究人員推出了首個穩定的全固態熱晶體管，它使用電場來控制半導體器件的熱運動。


據介紹，該晶體管具有很高的速度和性能，可以通過原子級設計和分子工程開辟計算機芯片熱管理的新領域，這一進展還可以進一步了解人體如何調節熱量。


研究人員表示，精確控制熱量如何流經材料一直是物理學家和工程師長期以來的一個卻難以實現的夢想，這種新的設計原理朝這個方向邁出了一大步，因為它通過電場的開關來管理熱運動，就像幾十年來電子晶體管的做法一樣。


電子晶體管是現代信息技術的基礎構建模塊，它們最初由貝爾實驗室在20世紀40年代開發，具有三個電極——柵極、源極和漏極，當通過柵極施加電場時，它會調節電流（以電子形式）如何通過芯片，這些半導體器件可以放大或切換電信號和功率。


但隨著多年來晶體管尺寸不斷縮小，一塊芯片上可以安裝數十億個晶體管，從而導致電子運動產生更多熱量，從而影響芯片性能。傳統的散熱器被動地將熱量從熱點處吸走，但尋找更動態的控制來主動調節熱量仍然是一個挑戰。


新型熱晶體管具有場效應（通過施加外部電場來調制材料的熱導率）和全固態（無移動部件），具有高性能并與半導體集成電路兼容制造工藝。


該團隊的設計結合了原子界面上電荷動力學的場效應，從而可以使用可忽略不計的功率來連續切換和放大熱通量，從而實現高性能。


加州大學洛杉磯分校團隊展示了電門控熱晶體管，該晶體管實現了創紀錄的高性能，開關速度超過1兆赫茲，即每秒100萬個周期。它們還提供1300%的熱導可調性以及超過100萬次開關周期的可靠性能。