明尼苏达大学领导的新发现有可能制造出具有“无与伦比”能效和存储密度的半导体芯片。（来源：明尼苏达大学）

明尼苏达大学双城分校（University of Minnesota Twin Cities）的研究人员与美国国家标准与技术研究所(NIST)的一个团队合作，开发出一种制造自旋电子器件的突破性工艺，有可能成为半导体芯片的新行业标准。新工艺可用来制造更快、更有效的自旋电子器件，可以将器件尺寸缩小到比以前更小。​​

研究人员的论文发表在《高级功能材料》上，这是一份同行评审的顶级材料科学杂志。研究人员还与明尼苏达大学技术商业化和NIST合作，为这项技术申请专利，以及与这项研究相关的其他几项专利。

“我们相信，我们已经找到了一种材料和一种设备，可以让半导体行业向前发展，为自旋电子学提供更多的机会，这些机会以前在内存和计算应用中都没有，”论文的高级作者、明尼苏达大学电气和计算机工程系教授兼Robert F. Hartmann讲座教授王建平说。"自旋电子学对于构建具有新功能的微电子学非常重要。"

这一发现也为未来十年设计和制造自旋电子器件开辟了一个新的研究领域。“这意味着霍尼韦尔、Skywater、Globalfoundries、英特尔以及像他们这样的公司可以将这种材料集成到他们的半导体制造工艺和产品中，”王教授说。“这非常令人兴奋，因为该行业的工程师将能够设计出更强大的系统。”

半导体行业一直在努力开发越来越小的芯片，最大限度地提高电子器件的能效、计算速度和数据存储容量。自旋电子器件利用电子的自旋而不是电荷来存储数据，为传统上基于晶体管的芯片提供了一种更有效的替代方案。这些材料还可能是非易失性的，这意味着它们需要更少的电力，即使电源移除后，它们也可以存储内存和执行计算。

自旋电子材料成功集成到半导体芯片中已经十多年了，但工业标准自旋电子材料钴铁硼（Co-Fe-B）已经达到了可扩展性的极限。目前，工程师还无法在不丧失存储数据能力的情况下制造小于20纳米的器件。

明尼苏达大学的研究人员绕过了这个问题，他们发现铁钯可以缩小到5纳米大小，铁钯是钴铁硼的替代材料，需要更少的能量，并具有存储更多数据的潜力。

此外，研究人员首次能够使用8英寸晶圆级多室超高真空溅射系统在硅片上生长铁钯，这是全国学术机构中独一无二的设备，只有明尼苏达大学才有。

“这项工作在世界上首次表明，你可以在半导体行业兼容的衬底上生长这种材料，可以缩小到小于5纳米，即所谓的CMOS+X策略，”论文的第一作者、明尼苏达大学电气和计算机工程系的博士生Deyuan Lyu说。

“我们的团队挑战自我，提升一种新材料来制造下一代数据密集型应用所需的自旋电子器件，”NIST的科学家Daniel Gopman说，他是这项研究的关键贡献者之一。“看到这一进步如何推动半导体芯片技术领域中自旋电子器件的进一步发展，将是令人兴奋的。”