功耗降低、性能提升！我國(guó)科學(xué)家發(fā)明新型“熱發(fā)射極”晶體管

8月15日消息，大家都知道，晶體管是集成電路的基本單元，是如今時(shí)代不可或缺的元件之一。

晶體管能夠調(diào)控由電子或空穴等載流子形成電流的大小，通常載流子與周?chē)h(huán)境處于熱平衡狀態(tài)，稱(chēng)為“穩(wěn)態(tài)”;但通過(guò)電場(chǎng)加速等方法，可以提升載流子的能量，使其成為“熱載流子”。

如果能夠有效操控這種高能的熱載流子，并提高其濃度，將有望進(jìn)一步提升晶體管的速度和功能。

近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所通過(guò)使用石墨烯等材料，發(fā)明了一種“受激發(fā)射”新型熱載流子生成機(jī)制，并構(gòu)建了“熱發(fā)射極”晶體管，得到了一種既可以降低功耗又具有“負(fù)電阻”功能的晶體管，有望用于設(shè)計(jì)集成度更高、功能更豐富的集成電路。

據(jù)了解，此次研究成果新型晶體管由兩個(gè)耦合的“石墨烯/鍺”肖特基結(jié)組成。

載流子由石墨烯基極注入，隨后擴(kuò)散到發(fā)射極，并激發(fā)出受電場(chǎng)加熱的載流子，從而導(dǎo)致電流急劇增加。

這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低于1 mV/dec的亞閾值擺幅，突破了傳統(tǒng)晶體管的玻爾茲曼極限(60 mV/dec)。

此外，該晶體管在室溫下還表現(xiàn)出峰谷電流比超過(guò)100的負(fù)微分電阻，展示出其在多值邏輯計(jì)算中的應(yīng)用潛力。

該工作開(kāi)辟了晶體管器件研究的新領(lǐng)域，為熱載流子晶體管家族增添了新成員，并有望推動(dòng)其在未來(lái)低功耗、多功能集成電路中廣泛應(yīng)用。