记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队郭国平教授研究组与合作者合作，设计制备了与CMOS产线工艺兼容的悬浮单空穴硅晶体管器件，该器件同时也可作为超高频纳米机电谐振器工作，且与单空穴隧穿行为高度关联，在单空穴隧穿状态时，器件的压阻系数提升了一个数量级。这一成果日前发表在《先进材料》上。

利用标准硅基半导体集成电路工艺制备的电子器件，如硅基的晶体管和纳米机电谐振器，是现代电子产业的基石。随着超大规模集成工艺技术的发展，硅基电子器件的尺寸已进入纳米尺度，将会展现出不同于经典器件的量子效应。作为纳米尺度的新型功能电子器件的代表，硅基单电子/空穴晶体管和超高频纳米机电谐振器在量子计算、精密传感等方面有广泛的应用前景。

研究发现，如果硅基单空穴晶体管被悬浮起来，其自身就可以作为超高频纳米机电谐振器。这样的复合结构器件不仅可以展现出单空穴隧穿的电学输运行为，还具有优异的机械力学性能。这些优异的器件特性可以使得电学读取纳米谐振器的力学响应成为可能，对于探索载流子和机械振动的相互作用，以及机械振动的潜在量子特性有重大意义。这一复合器件在极低温高真空环境下展现出单空穴隧穿行为，其力学谐振频率达到3 GHz，是已报道的同类硅基器件中的最高值。

科研人员利用这种复合结构器件，研究纳米尺度下硅材料中的压阻效应，从而设计新型力学传感器件。该复合器件利用CMOS工艺制备，易于大规模集成。同时，该工作也为进一步利用纳米谐振器中的声学模式，耦合硅基量子点中的载流子创造了条件。在极低温环境下，该纳米谐振器的超高谐振频率对应的热声子占据数及零点涨落已超过量子极限。该成果也将为研究超高频声学模式的潜在量子行为，以及基于这一体系的新型杂化量子信息器件的研发提供新的途径。

文/科技日报记者 吴长锋

编辑/范辉