中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)學(xué)人工智能研究中心黃明強(qiáng)團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)吳燕慶團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)熊雄博士在具有負(fù)微分電阻效應(yīng)的隧穿器件方面的研究取得進(jìn)展。相應(yīng)成果為“Xiong X, Huang MQ, Hu B, et al. A transverse tunnelling field-effect transistor made from a van der Waals heterostructure [J]. Nature Electronics, 2020, 3(2): 106-112 (基于范德華異質(zhì)結(jié)的橫向隧穿晶體管)”。

具有負(fù)微分電阻效應(yīng)的隧穿器件在邏輯、存儲(chǔ)和射頻領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。而傳統(tǒng)的隧穿器件，如江崎二極管、量子共振隧穿晶體管和實(shí)電子轉(zhuǎn)移晶體管，普遍存在制備難度大、隧穿效率低、負(fù)微分電阻現(xiàn)象較弱等問題。該研究提出了一種新型隧穿結(jié)構(gòu)，首先通過干法定向轉(zhuǎn)移技術(shù)構(gòu)筑垂直型黑磷-氧化鋁-黑磷異質(zhì)結(jié)，然后利用微電子加工工藝制備具有浮柵結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管，最后通過多端口調(diào)控的方法成功實(shí)現(xiàn)了高效的隧穿器件。

該器件具有源極(source)Vs、漏極(drain)Vd、集電極(collect)Vc、背柵電極(gate)Vg四個(gè)受控端口。研究結(jié)果顯示，當(dāng)背柵電極施加正電壓Vg＞0 且浮柵集電極施加負(fù)電壓Vc＜0 時(shí)，器件滿足隧穿條件，載流子可由溝道層隧穿至浮柵層，表現(xiàn)出巨大的負(fù)微分電阻效應(yīng)，峰谷比超過 100，遠(yuǎn)大于同類器件。

利用該隧穿現(xiàn)象，該器件展現(xiàn)出超陡斜率的轉(zhuǎn)移特性，其亞閾值斜率擺幅在常溫下僅為 20 mV/dec，為未來超低功耗器件提供了新的思路。