英特尔公司近日宣布该公司研究人员已发现一种新型的、可以取代30多年来芯片制造业一直使用的制造材料。 随着芯片制造商在微小的硅片上安装越来越多的晶体管，漏电现象已成为日益困扰业界的问题。对于半导体行业，这一突破性的创新无疑是一项重大成就。
利用这种新型材料，英特尔研究人员已经开发出创记录的高性能晶体管。这两种新材料被称为高k，一种栅极电介质（high-k gate dielectrics），以及另一种称为金属栅极的材料。“栅极（gate）”是晶体管的一部分，它决定着晶体管的开、合状态；而栅极电介质则是附着在栅极下面的一层很薄的绝缘体。新材料有助于彻底减少晶体管因漏电而减少电压的现象和产生的不必要的热量。英特尔说，新的高k材料在减少漏电的能力上将比二氧化硅(silicon dioxide)提高100多倍。
英特尔技术与制造事业部高级副总裁兼总经理周尚林（sunlin chou）说：“众所周知，散热和漏电现象多年来一直是半导体行业发展“摩尔定律”前进的根本障碍，如果我们还是紧紧依靠今天的晶体管材料和结构，将无法解决这一问题。我们的产业长期以来所面临的挑战是：随着二氧化硅达到它的基本极限，业界却始终难以发现和集成出新的材料来取代它，有些人甚至把这种挑战比作芯片的‘心脏移植’。”
根据摩尔定律，芯片上的晶体管数量每隔两年便增加一倍，它将带来更多的特性、性能的提升以及晶体管成本的降低。要保持这一创新速度，晶体管的尺寸必须持续减小，直至达到前所未有的更小尺寸。然而，由于不断增加的功率和热量问题，利用当前的材料很难满足这种减小晶体管尺寸的需求。因此，要让摩尔定律在未来仍然适用，使用新材料和创新的晶体管结构势在必行。
所有的晶体管中都含有绝缘材料，称为“门电介质”，它对晶体管的运行至关重要。在过去的30年里，二氧化硅由于其良好的可制造性而成为这一关键晶体管组件的首选材料，而且它允许以更小的尺寸来不断提高晶体管的性能。
英特尔成功地将二氧化硅门电介质的尺寸缩减到只有1.2纳米，这仅仅相当于五个原子层。但由于二氧化硅材料变得越来越薄，通过门电介质的漏电现象逐渐增加，从而导致电流浪费和额外产生的不必要热量。为解决这一重要问题，英特尔研究人员决定在门电介质中用较厚的高k材料来取代当前二氧化硅材料，这样可大大减少电流的泄露。
解决方案的第二部分是开发出一种新的金属栅极材料(metal gate)，因为高k门电介质与当今的晶体管栅极材料不兼容。高k门电介质与金属栅极的完美结合可以显著减少电流泄露现象，同时保持极高的晶体管性能，从而使摩尔定律和技术创新在未来十年的延续成为可能。英特尔认为这些新发现完全可以集成到十分经济的大规模制造过程中，目前此项工作正处于开发阶段。
英特尔计划最早在2007年采用这些新材料的晶体管集成到未来的英特尔处理器中，作为公司45纳米制程的组成部分。
英特尔于2003年11月6日在东京举行的“国际栅极绝缘体研讨会”上详细讨论了新晶体管材料发展的情况。其特约技术论文主要针对两项重大突破来概括介绍在开发新材料解决漏电、功耗以及热量问题时所遇到的重大挑战。这两项突破包括：发现合适的“高k门电介质”材料来取代目前使用的二氧化硅；以及确定出可与高k门电介质材料兼容的金属栅极材料来取代目前的栅极材料。
