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        我國(guó)科學(xué)家發(fā)明新型“熱發(fā)射極”晶體管

        2024-09-13 00:00:00郝曉明
        科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2024年58期

        科學(xué)導(dǎo)報(bào)訊 8月15日,筆者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉,該所研究員劉馳、孫東明和中國(guó)科學(xué)院院士成會(huì)明主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)合作,發(fā)明出一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構(gòu)成的“熱發(fā)射極”晶體管,并提出了一種全新的“受激發(fā)射”熱載流子生成機(jī)制。

        晶體管是集成電路的基本單元。隨著晶體管尺寸的不斷縮小,其進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)日益增多。

        研究人員介紹,就像水龍頭的閥門(mén)可以調(diào)節(jié)水流的大小,晶體管也能夠調(diào)控由電子或空穴等載流子形成電流的大小。通常情況下,載流子與周?chē)h(huán)境處于熱平衡狀態(tài)時(shí)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。

        研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)可控調(diào)制熱載流子來(lái)提高電流密度,發(fā)明了一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構(gòu)成的“熱發(fā)射極”晶體管,并提出了一種全新的“受激發(fā)射”熱載流子生成機(jī)制。

        據(jù)介紹,這款新型晶體管由兩個(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)使晶體管電流每變化一個(gè)數(shù)量級(jí),所需的電壓變化小于1毫伏,突破了傳統(tǒng)晶體管的玻爾茲曼極限。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。

        研究人員表示,該研究通過(guò)可控調(diào)制熱載流子來(lái)提高電流密度,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。

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