功耗降低、性能提升 中国科学家发明新型“热发射极”晶体管

2024年08月15日 17:05 次阅读 稿源:快科技 条评论

大家都知道,晶体管是集成电路的基本单元,是如今时代不可或缺的元件之一。晶体管能够调控由电子或空穴等载流子形成电流的大小,通常载流子与周围环境处于热平衡状态,称为“稳态”;但通过电场加速等方法,可以提升载流子的能量,使其成为“热载流子”。

如果能够有效操控这种高能的热载流子,并提高其浓度,将有望进一步提升晶体管的速度和功能。

功耗降低、性能提升!我国科学家发明新型“热发射极”晶体管

近日,中国科学院金属研究所通过使用石墨烯等材料,发明了一种“受激发射”新型热载流子生成机制,并构建了“热发射极”晶体管,得到了一种既可以降低功耗又具有“负电阻”功能的晶体管,有望用于设计集成度更高、功能更丰富的集成电路。

据了解,此次研究成果新型晶体管由两个耦合的“石墨烯/锗”肖特基结组成。

载流子由石墨烯基极注入,随后扩散到发射极,并激发出受电场加热的载流子,从而导致电流急剧增加。

这一设计实现了低于1 mV/dec的亚阈值摆幅,突破了传统晶体管的玻尔兹曼极限(60 mV/dec)。

此外,该晶体管在室温下还表现出峰谷电流比超过100的负微分电阻,展示出其在多值逻辑计算中的应用潜力。

该工作开辟了晶体管器件研究的新领域,为热载流子晶体管家族增添了新成员,并有望推动其在未来低功耗、多功能集成电路中广泛应用。

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