美國(guó)研制出可替代CMOS器件的低功耗隧道晶體管

[據(jù)美國(guó)固態(tài)技術(shù)網(wǎng)站2013年12月18日?qǐng)?bào)道]一種新型晶體管使更快、更低功耗的計(jì)算器件成為可能，可用于類(lèi)似敏捷傳感器網(wǎng)絡(luò)、植入式醫(yī)療電子技術(shù)和高機(jī)動(dòng)式計(jì)算等能量受限領(lǐng)域。近帶隙隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體這種新型器件采用量子機(jī)制，電子遂穿超薄能量勢(shì)壘，可以低電壓產(chǎn)生高電流。

賓夕法尼亞州立大學(xué)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院以及專(zhuān)業(yè)晶片制造商IQE公司在國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）上聯(lián)合宣布了這一發(fā)現(xiàn)。IEDM會(huì)議匯集了全部來(lái)自主要芯片公司的代表，是一個(gè)廣受認(rèn)可的論壇，用于報(bào)告半導(dǎo)體和電子技術(shù)方面取得的突破性進(jìn)展。

芯片制造商正在尋找繼續(xù)縮小晶體管尺寸的方法，并力圖在給定的面積內(nèi)封裝更多晶體管。隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管被認(rèn)為有望替代當(dāng)前的CMOS器件。當(dāng)前面對(duì)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是隨著尺寸減少，晶體管工作所需的功耗未能同步減少，結(jié)果導(dǎo)致電池消耗更快，產(chǎn)生更多熱量，給電路帶來(lái)不利影響。多種采用非標(biāo)準(zhǔn)硅材料的新型晶體管結(jié)構(gòu)正被研究，用于克服能耗挑戰(zhàn)。

賓夕法尼亞大學(xué)的研究生BijeshRajamohanan表示：“此前，該晶體管已在我們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開(kāi)發(fā)，用于在邏輯電路中替代MOSFET晶體管，可克服功耗問(wèn)題。目前，我們的研究又向前邁進(jìn)了一步，展示了該晶體管的高頻工作能力，使其可用于功率極其受限的應(yīng)用，如植入到人體中的用于處理和收發(fā)信息的電子器件?！?BR>
產(chǎn)生更多的功耗和熱量的植入式器件會(huì)傷害被監(jiān)控的機(jī)體組織，同時(shí)會(huì)更快耗盡電池，需要更頻繁的電池更換手術(shù)。電子工程教授SumanDatta領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用銦鎵砷和鎵砷銻材料使能帶接近于零—或稱為近帶隙，使電子能夠按預(yù)期遂穿通過(guò)勢(shì)壘。為改善放大率，研究人員將所有連接轉(zhuǎn)移到垂直晶體管頂部的同一外表面上。

該器件的研究，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)通過(guò)納米系統(tǒng)工程研究中心資助“一體化傳感器及技術(shù)先進(jìn)自供電系統(tǒng)”(NERC-ASSIST)這一更大計(jì)劃的一部分。ASSIST計(jì)劃的更大目標(biāo)，是發(fā)展不使用電池、由人體供電的可穿戴式健康監(jiān)控系統(tǒng)。參與研究的單位包括賓夕法尼亞大學(xué)、被卡羅萊納州立大學(xué)、弗吉尼亞大學(xué)、佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)。